具有级联校正元件的自适应光学系统

借助显微技术对活体组织进行形态学和化学研究，是现代生命科学研究的支柱。显微镜的空间和时间分辨率也在不断提高。尽管现代显微镜是一项伟大的发明，然而稍微偏离理想成像条件，就会造成极大降低成像质量的光学像差；样品与浸液折射率的不匹配、样品支架或者盖玻片对样品厚度的影响、仪器老化等等都会导致球差和聚焦误差。此外，尤其是对于神经生物学的重要研究工具——深层组织成像来说，样品折射率的不均匀及其复杂的表面形状可能会导致额外的更高阶像差。

自适应光学显微镜

自适应光学（Adaptive optics, AO）最早用于天文望远镜中，是一种用于补偿大气湍流影响的图像校正技术。自适应光学是用于在显微镜系统中动态校正由样品和成像系统带来的像差的最新方法。典型的自适应光学成像系统包含一个主动的、可变形的光学元件，可以以相反形式再现系统中存在的波前误差。这种光学元件通常是变形镜或液晶空间光调制器，最终的像差校正质量只取决于该光学元件本身。因此，自适应光学显微镜具有广泛的适用性。

根据Advanced Photonics报道，德国弗莱堡大学的研究人员在自适应光学显微成像方面取得了重大进展。他们使用了由两个可变形相位片（deformable phase plate, DPP）组成的新型自适应光学模块。与变形镜相比，可变形相位片模块是一个透射形式的波前调制器，能够直接集成到现有显微镜上。这种自适应光学配置类似于带有低音和高音单元的高保真扬声器，其中一个光调制器针对低空间频率像差进行优化，另一个则用于高频校正。

级联调制

对包含多个相位调制器的自适应光学系统来说，主要的挑战之一是如何将它们放置在光学等效（共轭）位置上，通常需要多个额外的光学元件来中继图像直到其到达探测器。因此即使在自适应光学系统中配置两个调制器也是非常困难的。

图1 用于增强折射自适应光学系统性能的级联光流控相位调制器

由于可变形相位片的厚度小于1毫米，因此在适度范围内级联两个或多个可变形相位片不成问题。Freiburg团队还开发了一种新方法，在不比考虑单个调制器参数的情况下，最优化地控制多个相位调制器，这使得引入更多级联设备、以增加校正范围和图像保真度成为可能。

为了测试系统性能，该团队将所研发的新型自适应光学系统集成到定制的荧光显微镜中，在没有波前传感器的情况下迭代估计样品引入的像差。对合成样品的成像实验表明，该系统不仅将像差校正范围扩大了一倍，而且大大提高了校正质量。研究结果表明，借助更先进的控制方法，诸如多共轭自适应光学等更先进的像差校正方案，也可以轻松实现。

原文见：Pouya Rajaeipour et al., "Cascading optofluidic phase modulators for performance enhancement in refractive adaptive optics," Adv. Photonics 2(6), 066005, doi 10.1117/1.AP.2.6.066005.