深圳大学物理与光电工程学院，光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室，广东 深圳 518060
高时空分辨可视化技术是脑科学研究的重要工具。荧光显微成像技术在特异性、多样性、图像对比度和时空分辨率等方面具有显著优势，但由于光在组织中的穿透深度有限，无创的荧光成像难以在活体水平获取深层脑区神经血管单元的高分辨结构和功能信息。因此，在脑科学研究中，荧光内窥显微成像技术受到越来越多研究者的青睐。得益于相关科学技术的发展，内窥镜探头在保持高性能的同时，实现了小型化并提供了更大的灵活性，可以植入活体大脑的不同深度处，开展特定深层脑区的功能调控研究。本综述介绍了基于梯度折射率透镜和单根多模光纤这两种探头的植入式荧光内窥显微成像技术及其发展和迭代进程，概述了它们在高分辨活体脑成像研究中的应用，以及在临床神经外科手术中的初步探索性应用。最后，展望了荧光内窥脑成像技术未来的发展前景。
显微 荧光内窥显微成像 活体脑成像 梯度折射率透镜 多模光纤
光学 精密工程
2022, 30(17): 2067
1 安徽师范大学 光电技术研究中心, 安徽 芜湖 241000
2 安徽省光电材料科学与技术重点实验室, 安徽 芜湖 241000
现有的数字光处理投影(DLP)系统采用色轮和中继透镜等元器件, 由此导致投影系统结构复杂。针对现有技术的缺陷, 本文设计了一种以三色LED作为照明光源, 以梯度折射率透镜形成平行光的新型DLP投影系统。和传统的投影系统相比, 减少了色轮、中继透镜、反射镜等元器件, 简化了光学系统的结构。借助于Tracepro软件进行了模拟与仿真, 对光线追迹的结果进行分析, 分析得到整个投影系统的光斑均匀性为96.9%。结果表明本设计使投影系统的光路得到了简化, 光斑的均匀性也得到了改善。本设计只需要选择合适的投影镜头, 就可以消除LED面光源宽度过大对投影光斑的影响。
光学设计 投影仪 梯度折射率透镜 发光二极管 optical design projector gradient refractive index lens Light-emitting Diode (LED)
1 华中科技大学多谱信息处理技术国家级重点实验室， 湖北 武汉 430074
2 石家庄铁道大学信息科学与技术学院， 河北 石家庄 050043
利用向列相液晶材料的各向异性和双折射特点，采用紫外光刻和湿法刻蚀技术，设计并制作了透明的圆孔图案梯度折射率液晶微透镜阵列。搭建了光学测试系统，测试了该阵列的聚焦性能和焦距，并给出了焦距与加载电压之间的关系。将该阵列与主镜头和图像传感器进行耦合，构成一个双模成像相机原型，通过开启或关闭加载电压实现光场成像模式和普通成像模式的快速切换。在两种工作模式下对目标物采集双模原始图像，结果表明该相机既可在光场工作模式下采集三维光场图像，也可在普通工作模式下采集普通图像。
成像系统 液晶微透镜阵列 双模成像 梯度折射率透镜 光场成像
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
传统的两镜折反式光学系统通常采用两片或多片均匀材料的球面校正镜校正同轴两反系统的剩余像差，为了减少校正镜组镜片数量甚至要引入带有非球面的透镜。采用的单片轴向梯度折射率校正镜即可以校正同轴两反系统的剩余像差，又可以减少校正镜片数。总结了轴向梯度折射率透镜和带有无光焦度校正元件光学系统的初级像差理论，研究了轴向梯度折射率透镜作为两镜折反式光学系统校正镜的设计方法。并且给出了采用单片轴向梯度折射率透镜作为校正镜，焦距为3000 mm，相对孔径为1/8，视场角为1°的两镜折反式光学系统设计。设计结果表明，系统最大视场波前RMS 值小于0.07 l，系统弥散圆半径接近艾里斑半径，在50 lp/mm 时的传递函数高于0.35，系统的最大畸变小于0.5，最大场曲小于0.2，系统像质接近衍射极限。
光学设计 两镜折反式光学系统 轴向梯度折射率透镜 校正镜 激光与光电子学进展
2016, 53(2): 022202
长春理工大学 光电工程学院,吉林 长春 130022
关节镜是一种用于观察关节内部结构、诊治关节疾患的内窥镜。利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、像质好的优点,运用Zemax软件设计了一款结构简单的关节镜光学系统,可用于1/10＂CCD关节内窥镜成像。系统具有60°视场角,F数为6, 工作距离从∞～5 mm,各视场的调制传递函数(MTF)在125 lp/mm时达到0.2以上,分辨率达到4 μm,且各组态点列图均小于艾里斑半径。光学结构总长204 mm,最大镜头口径小于4.6 mm,根据关节镜的使用特点,系统满足使用要求。
关节镜 梯度折射率透镜 光学设计 arthroscope gradient refractive index lens optical design
长春理工大学 现代光学测试实验室,长春 130022
针对管道测试的需求，将梯度折射率透镜的光学性能与显微镜相结合，设计了具有大景深的管道内窥镜光学系统.在保证所需放大倍率的同时，利用梯度折射率透镜介质折射率渐变的特点，使该系统的景深增大为原来的200倍.该系统像面近似球面的特点使其更适合圆形管道内壁的检测，当它与CCD等器件相结合，不仅实现管道内窥镜的数字化测试，而且能通过监视器在更大景深范围内、方便的监测管道内壁的裂痕、磨损等清晰的图像.
内窥镜 梯度折射率透镜 显微镜 大景深 Endoscope Gradient index lens(GRIN) Microscope Large depth of field
南京航空航天大学应用物理系， 江苏 南京 210016
建立了空气孔径呈现横向线性变化的三角形网格梯度折射率光子晶体平板透镜二维模型，应用多重散射方法(MSM)，对该模型在波长平面光入射的情况下， TE模式的电磁场分布进行了数值模拟，从而验证了该光子晶体透镜的聚焦效果；再通过横向延拓的方法，将上述两个透镜并联，并在并联后结构的双光轴的焦点位置放置一对折射率光子晶体管道波导，得到了一个新型的分光装置模型。数值模拟结果表明，该装置能很好地实现聚焦、分光和准直的效果。
光学器件 多重散射方法 梯度折射率透镜 光子晶体波导
陕西省食品药品监督管理局器械处，西安 710061
作为口腔内窥镜的摄像镜头，利用梯度折射率透镜质量轻、体积小、结构简单、分辨率高、成像景深大的优点，研制出一套适合医患交流及进行口腔检查与治疗的医疗装置。采用修正折射率剖面的梯度折射率透镜，降低系统渐晕，减小畸变，获取口腔内部图像，经CCD光电转换装置转换成电信号，再将电信号经过数字信号处理以后，将该数字信息存储于计算机内部或在显示器上显示出来。口腔内窥镜是集梯度折射率透镜、光学原理、光学材料与加工、微电子、数字成像技术等为一体的新型医疗设备。特别是采用经修正的梯度折射率透镜制造的口腔内窥镜成像清晰，在图像畸变、景深等方面优于现有产品，而且便于对患者的各种信息进行管理、查询、输出等。
口腔内窥镜 梯度折射率透镜 数字成像技术 intraoral camera system gradient refractive index lens digital imaging technology
采用梯度折射率(GRIN)透镜干涉仪,对用加热、切割和研磨三种方法获得的平面光纤端面进行质量检测,得到反映端面不同平整度的干涉图样。实验结果表明,GRIN透镜干涉仪结构简单,操作方便,可作为定性和定量检测光纤端面质量的一种新工具。
梯度折射率透镜 GRIN干涉仪 光纤端面 质量检测
