皮肤鳞状细胞癌声光滤波显微光谱成像研究

TeO_2非共线声光可调滤波器(AOTF)是一种优良的电调谐分光器件,具有体积小巧、稳定性高、调谐快速、可实现便携等优点,在超光谱成像领域具有很高的应用价值。通过非共线AOTF与光学倒置显微镜有机结合,建立了声光滤波超光谱显微成像系统;在可见光范围内,开展了人体皮肤鳞状细胞癌组织的超光谱显微成像实验研究,获得了一系列不同衍射光中心波长下的皮肤鳞状细胞癌组织的光谱和对应的显微图像。系统性能检测实验结果显示,在超声频率为110～180 MHz范围内的衍射光带宽仅为1.28～2.84 nm,表明本研究中的AOTF具有很高的光谱分辨率,达到10~2个光谱通道量级,完全可以满足超光谱显微成像对生物组织结构进行精确识别的需要。本系统采用高质量的TeO_2晶体、双胶合透镜以及优化的射频驱动源,有效地抑制了衍射光光谱的旁瓣。分析了超声频率与衍射光中心波长的调谐关系,以及超声频率与对应衍射光谱带宽的关系曲线,实验结果与理论计算结果有着较好的一致性。系统实验获得的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像随光波长漂移不显著,表明超光谱成像系统的图像稳定性高。通过对比,分析了不同中心衍射光下的皮肤鳞状细胞癌组织显微图像的清晰度随光波长的变化规律,在522.52 nm时,皮肤鳞状细胞癌组织内部各精细结构区分明显,图像最为清晰。通过定义透射差异系数,分析了图像整体亮度曲线和透射差异系数随光波长变化曲线,其变化规律与直观观察结果相符合;对皮肤鳞状细胞癌组织图像进行了边缘提取分析,得出在497.87～551.29 nm内,可在整体视野较为明亮的情况下对皮肤鳞状细胞癌组织进行观察和研究,在509.69～527.59 nm范围内,组织边缘明亮清晰且完整,是进行皮肤鳞状细胞癌组织结构精确识别与分析的最佳窗口。该研究为人体皮肤鳞状细胞癌组织结构简便、灵活、快速地检测与识别提供了一种新方法。     

两级串联声光可调谐滤波器旁瓣抑制的研究

阐述了偏振依赖的共线型和偏振无关的准共线型声光可调谐滤波器的滤波原理,进而导出了两级滤波的转换特性表达式;通过理论计算说明了两级声光可调谐滤波器能够有效地抑制旁瓣;最后,将两个单级的声光可调谐滤波器级联成两级滤波器,进行了旁瓣抑制的实验.实验结果表明,旁瓣被抑制到-19 dB,并且3 dB带宽也得到一定程度的压窄. 关键词： 集成光学 声光可调谐滤波器 旁瓣抑制     

用于OADM的集成声光可调谐滤波器的性能分析

利用模式耦合理论分析了声光模式转换.并对声光可调谐滤波器的滤波带宽、调谐范围、驱动功率等性能参数进行了分析计算.设计制作滤波器时,首先在保证滤波带宽的前提下,考虑调谐范围、驱动功率以及加工工艺的要求.对其应用于OADM中存在的旁瓣和串扰问题进行了初步讨论.设计完成中心波长在1.55 μm,滤波带宽为1.2 nm左右,波长调谐范围大于150 nm,低驱动功率的IAOTF.     

窄带集成声光可调谐滤波器的研制

利用模式耦合理论分析了声光模式转换,并对声光可调谐滤波器的滤波带宽、调谐范围、驱动功率等性能参数进行分析计算。设计并制作出窄带集成声光可调谐滤波器(IAOTF)样品,搭建相应的IAOTF测试平台,得到中心波长在1.55μm,滤波带宽达到0.85 nm,波长调谐范围达到80 nm,驱动功率低于40mW的IAOTF。并对进一步压缩滤波带宽和旁瓣效应提出了解决途径。     

基于AOTF的多光谱红外成像系统MRTD测试技术研究

为了实现红外多光谱成像系统光谱维MRTD测试,获取更多的目标背景信息,提出基于声光可调谐滤波器（AOTF）的多光谱成像系统静态性能测试平台的设计。在（3~5）m波段范围内,采用设计搭建的静态性能测试平台完成了红外带内波段的细分,并在各个细分波段上分别对空间频率2.546 lp/mm、1.273 lp/mm、0.849 lp/mm和0.632 lp/mm的标准靶进行了MRTD测试。实验结果表明,得到的光谱维MRTD测试结果与理论结果一致,验证了测试平台的可靠性和测试方法的可行性。     

La_3Ga_5SiO_(14)声光可调谐滤波器设计

分析了La3Ga5SiO14(简称LGS)既可以做成同向声光可调谐滤波器,又可以做成大孔径非同向声光可调谐滤波器。推导出超声波频率f和光波波长λo的调谐关系;计算出滤波器的光谱分辨率R和集光能力δiθ;光入射角iθ与衍射角θd、声入射角θa之间的关系。为LGS声光可调滤波器的实用化设计提供了充分可靠的理论依据。把LGS与TeO2声光可调滤波器的光谱分辨率和集光能力做了比较,认为LGS设计成同向声光可调谐滤波器既简便又实用。     

可调谐掺铥光纤激光器线宽压缩及其超光谱吸收应用

可调谐二极管激光吸收光谱技术是一种应用非常广泛的吸收光谱测量技术.利用宽带可调谐窄线宽光源进行吸收光谱测量的超光谱吸收技术可以在单次扫描中获取一段连续光谱的所有吸收数据,可大大提高可调谐二极管激光吸收光谱技术的数据信息容量和光谱诊断能力.分析了在2μm波段对水进行超光谱吸收测量时对激光器输出线宽的具体要求.利用掺铥光纤在2μm波段较宽的发射谱,采用可调谐法布里-珀罗滤波器和光纤可饱和吸收体相结合的技术方案搭建了一台宽带调谐窄线宽的2μm光纤激光器.获得了1840—1900 nm约60 nm范围的调谐光谱输出,激光器静态线宽仅为0.05 nm.利用该光源对空气中水在2μm波段的吸收光谱数据进行了超光谱吸收测量,在1856—1886 nm约30 nm的光谱范围内分辨了35条水的吸收谱线.通过对不同线宽条件下1870—1880 nm范围内的理论吸收光谱数据进行对比发现,测量数据无法有效分辨分别位于1873 nm和1877 nm处与强吸收线相邻的两条吸收谱线,且测量结果与激光线宽在0.08 nm条件下的HITRAN2012光谱数据库最为接近.这表明,在动态扫描过程中激光器的线宽得到了展宽.     

可见光液晶光谱成像系统研究

利用向列相液晶材料的电控双折射效应,研制了用于可见光波段光谱调谐的大口径液晶可调滤光片,透过光谱测试表明,该滤光片在可见光波段(420~700 nm)以20 nm光谱分辨率可实现连续调谐和任意波长选择。利用该滤光片搭建了一种小型光谱成像系统,并在实验室内对若干样品进行了测试,结果表明,该系统可同时实现高图像分辨率和高光谱分辨率光谱成像,具备高、超光谱分辨率光谱成像的应用潜力,在生物医学、环境保护和资源探测等领域具有较好的应用前景。     

基于光纤叠栅的全光纤声光可调谐滤波器的特性分析

本文提出了一种基于光纤叠栅的全光纤声光可调谐滤波器, 与普通光纤布拉格光栅型全光纤声光可调谐滤波器相比, 该滤波器能够对光纤叠栅的两个中心波长进行同步调制. 理论分析了声波频率和声致应变幅度对基于光纤叠栅的全光纤声光可调谐滤波器的传输光谱的影响, 结果表明, 各阶次反射峰分别以两个主反射峰为中心呈对称关系, 且主反射峰与其所调制出的次反射峰之间的波长间隔与声波频率成正比, 而两个主反射峰所调制出的同阶次反射峰之间的波长间隔与声波频率无关; 声致应变幅度主要影响主反射峰及次反射峰的反射率的变化. 实验中, 分别测试声波频率为390 kHz和710 kHz的基于光纤叠栅的全光纤声光可调谐滤波器的传输光谱, 实验结果的变化趋势与仿真分析结果相一致.     

AOTF成像光谱仪光学系统的最优方案选择

基于声光可调谐滤波器（AOTF）的成像光谱仪是一种新型的成像光谱仪,它除了具有一般成像光谱仪的二维空间信息与一维光谱信息外,还能获得目标的偏振信息。在实际应用中AOTF可接收的光束孔径角一般不大于5～6,因而受到所采用声光晶体可接收角度的限制,AOTF光谱成像仪的光学系统不能同时兼顾大孔径与大视场。要求AOTF成像光谱仪视场满足128128像元,TeO2晶体尺寸为10 mm10 mm,根据声光可调谐滤波器成像光谱仪光学系统的特点,分析比较了2种光学系统总体方案,最终将系统的孔径光栏放置在晶体上,TeO2晶体尺寸限制了孔径光栏的尺寸,晶体可接收的角度决定了系统的视场角,提高了能量利用率,获得较高的图像信噪比。     

基于光纤中超短脉冲非线性传输机理与特定光谱选择技术的多波长飞秒激光的产生

高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源在超快光谱学、量子光学及生物成像等研究与应用领域具有重要价值.如在生物多光子显微成像中,具有适中能量的宽调谐飞秒激光源不仅可满足多种生物组织荧光激发所需的峰值功率与激发波长,而且也可以显著提升非线性荧光产生效率、成像分辨率以及增大成像穿透深度.采用自主研发的高可靠性全保偏光纤飞秒激光器作为抽运源,基于低色散光纤中高峰值功率飞秒激光脉冲非线性传输引起的光谱加宽机制,本文开展了多波长全光纤飞秒激光产生技术研究.通过采用中心波长在980, 1000,1050, 1070与1100 nm的带通滤波片选择性地对单模光纤输出光谱中最左边与最右边光谱旁瓣进行滤波,在上述中心波长处分别可获得203, 195, 196, 187与194 fs的激光输出.本文提出的基于全光纤飞秒激光脉冲在单模光纤中非线性传输引起的光谱加宽机制与特定光谱选择技术的实验方案为高集成、高可靠性宽调谐飞秒激光源的实现提供了新的研究途径.     

声光可调谐滤波器多波长同时滤波的特性

集成光学声光可调谐滤波器 (AOTF)有很多优点 ,特别是它可以同时滤出多个波长 ,因此在波分复用(WDM)光纤通信网络中有重要应用。针对其这种特性 ,运用耦合模理论 ,导出了同时存在两束声波时的严格的耦合模方程。在此基础上 ,得到滤波特性的数值解 ,分析了多波长同时运用时 ,滤波器的主峰强度、中心波长和 3dB带宽随时间的波动 ,同时也分析了当信道间隔较小时滤波特性失真严重、噪声较高的原因。在分析了共线型声光可调谐滤波器多波长同时运用所存在缺点的基础上 ,提出利用准共线模转换器来改善声光可调谐滤波器多波长同时运用的性能。     

基于Sagnac环可调谐光梳状滤波器特性研究

提出了一种基于Sagnac环干涉结构的光梳状滤波器。该结构利用保偏光纤双折射效应产生梳状滤波响应,通过控制Sagnac环内相位调制器的驱动信号实现光学滤波器陷波深度与滤波波长的独立调谐。利用Jones矩阵对所提出的Sagnac环光滤波器的滤波响应函数进行研究,通过分析得到光滤波器的陷波深度和滤波波长分别与射频信号和直流偏压之间的关系。在此基础上构建实验链路,验证了系统的理论分析,实现了光滤波器陷波深度在0dB~30dB范围内的灵活控制;通过设置直流偏压在0~12V范围内变化,实现了光滤波器滤波波长在一个自由光谱范围(0.5nm)内的连续可调,波长调谐效率为0.043nm/V。     

声光可调谐波波器多波长同时滤波的特性

集成光声光可调谐滤波器（AOFT）有很多优点，特别是它可以同时滤出多个滤长，因此在波分复用（WDM）光纤通信网络中有重要应用。针对其这种特性，运用耦合模理论，导出了同时存在两束声波时的严格的耦合模方程，在此基础上，得到滤波特性的数值解，分析了多波长同时运用时，滤波器的主峰强度，中心波长和3dB带宽随时间的波动，同时也分析了当信道间隔较小时滤波特性失真严重，噪声较高的原因，在分析了共线型声光可调谐滤波器多波长同时运用所存在缺点的基础上，提出利用准共线模转换器来改善声光可调谐滤波器多波长同时运用的性能。     

可见/近红外实时成像光谱仪控制系统设计

针对高光谱成像需求,设计了一套可见/近红外实时成像光谱仪.光谱仪基于声光可调谐滤波器(Acousto-Optic Tunable Filter,AOTF)分光器件进行设计,光谱带宽为1.3μm,其中可见光相机工作在400～1000 nm波段,近红外相机工作在1000～1700 nm波段.光谱仪控制系统以现场可编程门阵列...     

声光可调谐滤波器(AOTF)消色散设计

介绍了非共线声光可调谐滤波器的构成及基本原理,计算了非共线声光可调谐滤波器衍射出的±1级衍射偏振光的偏转角,采用在光路中添加光楔的方法补偿非共线声光可调谐滤波器晶体色散引起的图像漂移.分析结果表明使用TeO_2材料设计的光楔在楔角为7.6°的时候可以控制图像漂移在一个像元以内,并在400～900 nm的工作波段范围内满足稳定成像的要求.     

成像光谱偏振仪研究进展

成像光谱偏振仪是一类同时具有成像、光谱测量和偏振测量功能的新型光电传感器.介绍了成像光谱偏振仪的原理,对近些年来国内外成像光谱偏振仪的研究进展进行了总结,对基于声光可调谐滤光片、液晶可调谐滤光片等新器件的成像光谱偏振仪和通过在狭缝色散型、空间调制傅里叶变换型和层析型成像光谱仪的光路中添加偏振器件构成的成像光谱偏振仪的原...     

基于声光可调谐滤光器的显微光谱成像技术

为了解决传统声光可调谐滤光器(AOTF)成像模糊的缺点,设计了一种新的AOTF。该器件通过在传统的AOTF的出射孔后面放置一个自行设计的等边色散棱镜来实现对衍射光的色散展宽进行补偿,明显地提高了成像的对比度和空间分辨率。将此器件附加在传统光学显微镜上,获得了一种新型的光谱显微成像仪器。其光谱分辨率在575nm波长处为4.2nm、成像空间分辨率为2μm、图像采集速度为毫秒量级。为基于AOTF的光谱成像技术在生物医学等领域的更广泛的应用奠定了基础。     

成像型声光可调谐滤光器关键性能指标测试方法研究

成像型声光可调谐滤光器(acousto-optic tunable filter, AOTF)是近年来发展起来的一种十分重要的新型光谱成像仪器滤光器件。文章分析了成像型AOTF的基本工作原理,并研究了一套AOTF关键性能如衍射效率、波长温漂、空间衍射效率均匀性、图像漂移等指标的测试方法。     

环形腔声光可调谐掺铒光纤激光器调谐范围的研究

介绍了一种基于声光可调谐滤波器(AOTF)的可调谐掺铒光纤激光器。从掺铒光纤放大器的速率方程和传输方程出发,推导出声光可调谐掺铒光纤激光器的输出公式,理论上解释了该环形腔声光可调谐掺铒光纤激光器调谐范围仅决定于掺铒光纤的增益带宽;并在实验中测得该激光器调谐范围为1 526.05 nm到1 560.63 nm,这个区间对应着实验所得掺铒光纤自发辐射谱的增益区间,从而验证了理论推导所得结论。