一種成像方法及成像系統與流程
1.本發明涉及光學成像領域，具體而言，涉及一種成像方法及系統。
背景技術：
2.常見的提高分辨率技術，如受激輻射損耗(stimulated emission depletion，sted)超分辨成像技術利用了受激發射效應，利用激發光照射使熒光分子被激發，再利用損耗光使得部分處于激發光斑外圍的電子以受激發射的方式回到基態，其余位于激發光斑中心的被激發電子以自發熒光的方式回到基態。其中探測器所接收到的光子是由位于激發光斑中心部分的熒光樣品通過自發熒光方式產生的，使得熒光的發光面積減小，提高了系統分辨率。
3.上述現有的提高分辨率技術，需要兩束照射光使得激發樣品區域減小，至少需要兩個光源。此外，需要嚴格的時序控制激發光和損耗光的發射時間差，因此存在簡化系統的情況下，保持甚至提高超分辨成像的精度的需求。
技術實現要素：
4.為解決上述問題，本發明實施例的目的在于提供一種成像方法及成像系統。
5.在本發明的第一方面中，本發明實施例提供了一種成像方法，包括：
6.提供超透鏡，超透鏡包括處于超透鏡中間的照射調制區域和圍繞照射調制區域的探測調制區域；
7.在照射光路中，經由光纖將照射光束引導至超透鏡的照射調制區域，從而通過照射調制區域聚焦到被測對象上，
8.在探測光路中，通過超透鏡的探測調制區域接收從被測對象反射回的、含有被測對象的信息的光束，
9.經由光纖將含有被測對象的信息的光束引導到探測器上，進而進行成像，
10.其中將超透鏡的所述照射調制區域和探測調制區域的相位分布設計成，使得通過探測光路的點擴散函數來調制照射光路中的點擴散函數，從而能夠調節探測調制區域和照射調制區域構成的總體的點擴散函數的半高全寬。
11.在本發明的成像方法的一個實施方式中，照射光束是無衍射光束。
12.在本發明的成像方法的一個實施方式中，照射光束是貝塞爾光束。
13.在本發明的成像方法的一個實施方式中，通過探測光路的點擴散函數來調制所述照射光路中的點擴散函數，使得所述探測調制區域和所述照射調制區域構成的總體的點擴散函數的半高全寬低于所述照射調制區域的點擴散函數的半高全寬。
14.在本發明的成像方法的一個實施方式中，照射調制區域的相位分布滿足：
[0015][0016]
na＝sin(θ)
[0017]
其中，x、y為超透鏡表面坐標位置，θ為超透鏡對平行入射光束的偏轉角，λ為照射光束的波長。
[0018]
在本發明的成像方法的一個實施方式中，探測調制區域的相位分布滿足：
[0019][0020]
其中
[0021][0022][0023]
其中，n表示階數，φ為方位角，用于表征探測調制區域的出射光的渦旋相位。
[0024]
在本發明的成像方法的一個實施方式中，探測調制區域的相位分布滿足：
[0025][0026]
其中
[0027][0028][0029]
其中，n表示階數，φ為方位角，用于表征探測調制區域的出射光的渦旋相位。
[0030]
在本發明的成像方法的一個實施方式中，n＝1、2或3。
[0031]
在本發明的成像方法的一個實施方式中，該方法還包括，通過深度學習設置約束條件，來設計所述超透鏡的所述探測調制區域的相位分布。
[0032]
在本發明的第二方面中，提出一種成像系統，該成像系統用于實施根據本發明的成像方法，其中系統包括：
[0033]
光源、超透鏡、入射光纖、接收光纖和探測器；
[0034]
超透鏡包括：照射調制區域和圍繞所述照射調制區域的探測調制區域；
[0035]
入射光纖將光源與超透鏡連接，
[0036]
接收光纖將超透鏡與探測器連接。
[0037]
在本發明的成像系統的一個實施方式中，超透鏡為可調超透鏡，所述可調超透鏡能夠通過外加激勵來改變照射調制區域和/或探測調制區域的相位分布。
[0038]
在本發明的成像系統的一個實施方式中，外加激勵包括電激勵、熱激勵、光激勵以及機械激勵。
[0039]
在本發明中，由于本發明的成像方法和成像系統的設計，借助超透鏡來實現對總點擴散函數的半高全寬的調節，從而在僅單一光源的情況下，就可以實現超分辨成像，同時顯著地減小了系統的復雜程度、體積、重量和成本。
[0040]
為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。
附圖說明
[0041]
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面參照附圖對本發明的實施例進行詳解的解釋，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，并且本發明不限于所示出的實施例，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據所附的附圖獲得其他的實施方案。
[0042]
圖1示出了本發明所提供的一種成像方法的一個實施例的示意性的流程圖；
[0043]
圖2示出了本發明所提供的一種成像系統的一個實施例的整體結構示意圖；
[0044]
圖3示出了本發明實施例所提供的超透鏡10的俯視圖；
[0045]
圖4示出了本發明提供的一種成像方法的一個實施例的照射調制區域的點擴散函數圖(零階貝塞爾函數)；
[0046]
圖5示出了本發明提供的一種成像方法的一個實施例的探測調制區域的點擴散函數圖(零階貝塞爾函數與二階貝塞爾函數之和)；
[0047]
圖6示出了本發明提供的一種成像方法的一個實施例的總點擴散函數圖(照射調制區域為零階貝塞爾函數，探測調制區域為零階貝塞爾函數與二階貝塞爾函數之和)；
[0048]
圖7示出了本發明提供的另一種成像方法的一個實施例的探測調制區域的點擴散函數圖(零階貝塞爾函數與三階貝塞爾函數之和)；
[0049]
圖8示出了本發明提供的一種成像方法的一個實施例的總點擴散函數圖(照射調制區域為零階貝塞爾函數，探測調制區域為零階貝塞爾函數與三階貝塞爾函數之和)；
[0050]
圖9示出了本發明提供的另一種成像方法的一個實施例的探測調制區域的點擴散函數圖(零階貝塞爾函數與一階貝塞爾函數之差)；
[0051]
圖10示出了本發明提供的一種成像方法的一個實施例的總點擴散函數圖(照射調制區域為零階貝塞爾函數，探測調制區域為零階貝塞爾函數與一階貝塞爾函數之差)；
[0052]
圖11示出了本發明實施例所提供的超透鏡10的超結構單元的排列的示意圖；
[0053]
圖12示出了本發明實施例所提供的超透鏡10中納米結構的結構圖；
[0054]
圖13示出了本發明實施例所提供的可調超透鏡的一個實施例的結構圖。
[0055]
附圖標記列表：
[0056]
10-超透鏡、11-照射調制區域、12-探測調制區域、111-第一電極、112-第二電極、113-連接層、114-納米結構、115-第一絕緣層、116-第二絕緣層、117-填充物、211-基底、20-入射光纖、30-接收光纖、40-探測器、50-光源。
具體實施方式
[0057]
在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
[0058]
此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，
除非另有明確具體的限定。
[0059]
在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0060]
傳統的提高分辨率技術，例如，受激輻射損耗(stimulated emission depletion，sted)顯微術中需要多個光源，同時，需要嚴格地控制激發光和損耗光的發射時間差，因此系統組成結構和調節方式復雜。
[0061]
有鑒于此，本技術提出一種成像方法。
[0062]
如圖1所示，本發明提出一種成像方法，該方法包括：
[0063]
提供超透鏡10，超透鏡10包括處于超透鏡10中間的照射調制區域11和圍繞照射調制區域11的探測調制區域12；
[0064]
在照射光路中，經由光纖將照射光束引導至超透鏡10的照射調制區域11，從而通過照射調制區域11聚焦到被測對象上，
[0065]
在探測光路中，通過超透鏡10的探測調制區域12接收從被測對象反射回的、含有被測對象的信息的光束，
[0066]
經由光纖將含有被測對象的信息的光束引導到探測器上，進而進行超分辨成像，
[0067]
其中將超透鏡10的照射調制區域11和探測調制區域12的相位分布設計成，使得通過探測光路的點擴散函數來調制照射光路中的點擴散函數，從而能夠調節探測調制區域12和照射調制區域11構成的總體的點擴散函數的半高全寬。
[0068]
在本發明的方法中，核心思想在于：用超透鏡10實現分區的照射和探測，通過對照射調制區域11和探測調制區域12的相位分布的設計，使得可以有針對性地調節探測調制區域12和照射調制區域11構成的總體的點擴散函數的半高全寬，從而實現超分辨率成像，并且同時提高了橫向分辨率。
[0069]
在本技術的一個優選的實施例中，照射光束是無衍射光束，優選貝塞爾光束，其中無衍射光束的物理含義是光束中心斑直徑小且不隨傳播距離改變的光束。
[0070]
在此，貝塞爾光束可理解為振幅由第一類貝塞爾函數描述的波，特點是沒有衍射、在通過障礙物后可以自己復原，具有較大的衍射距離。理想的貝塞爾光束表現為光強的橫向分布保持不變，而且其縱向分布同樣保持不變，其中理想的零階貝塞爾光束的光強分布在垂直于傳播方向的橫截面上表現為一個中心光斑和多個同心的圓環。具有無窮大橫截面積的理想貝塞爾光束需要無窮大的能量才可實現，而這在物理上如今是不可行的。因此，理想的貝塞爾光束在很大程度上僅具有理論意義。而在實際應用中，僅可得到近似的貝塞爾光束，其無衍射特性表現為光束的中心光斑的光強和大小，在某一有限的傳播距離范圍內基本保持不變。所以，對于近似的貝塞爾光束，只有在障礙物的橫向線度小于光束寬時，才可以恢復到原來的橫向光強分布。之所以近似的貝塞爾光束表現出如此特性，在于與理想貝塞爾光束相比，近似貝塞爾光束的有限的束寬對能量產生了限制。貝塞爾光束中心光斑保持恒定的強度和大小，是周圍的環形波瓣衍射疊加的結果。貝塞爾光束的旁瓣越多，其衍射傳播的距離就越大。
[0071]
由此可見，雖然貝塞爾光束具有自愈性，但是由其自身特點所決定，具有比較強的旁瓣，會激發非焦面的信號，減小圖像對比度和信噪比，使得圖像質量下降。
[0072]
為此，通過本技術的超透鏡的相位設計，使得通過探測光路的點擴散函數來調制照射光路中的點擴散函數，從而能夠調節探測調制區域12和照射調制區域11構成的總體的點擴散函數的半高全寬，優選地，探測調制區域12和照射調制區域11構成的總體的點擴散函數的半高全寬低于照射調制區域11的點擴散函數的半高全寬。由此可以抑制貝塞爾光束的旁瓣，進而實現圖像的超分辨率。
[0073]
在此，首先需要解釋的是：在本技術實施例及各可選實施例中，所提供的超透鏡是一種超表面，超表面為一層亞波長的人工納米結構膜，可通過其上設置的納米結構單元來對入射光的振幅、相位和偏振進行調制，其中需要說明的是，納米結構可理解為包含全介質或電漿子的、能夠導致相位突變的亞波長結構，而納米結構單元為通過對超透鏡進行劃分而得到以每個納米結構為中心的結構單元。在超透鏡中納米結構周期性排布在基底上，其中每個周期中的納米結構組成一個超結構單元，其中超結構單元為可密堆積圖形，例如可以為正四邊形、正六邊形等等，每個周期中包含一組納米結構，并且超結構單元的頂點和/或中心例如可以設置有納米結構。在超結構單元為正六邊形的情況下，正六邊形各頂點和中心位置至少設置有一個納米結構?；蛘?，在其為正方形的情況下，正方形各頂點和中心位置至少設置有一個納米結構。理想狀態下，超結構單元應為六邊形頂點及中心排布的納米結構，或者為正方形頂點及中心排布的納米結構，應當理解，實際產品可能因超透鏡形狀的限制，在超透鏡邊緣有納米結構的缺失，使其不滿足完整的六邊形/正方形。具體地，如圖11所示，所述超結構單元由納米結構按照規律排布而成，若干個超結構單元成陣列排布形成超表面結構。
[0074]
如圖11(1)示出的一個實施例，超結構單元包括一個中間的納米結構和環繞其的6個與其距離相等的周邊的納米結構，各周邊納米結構沿著環周均勻分布，組成正六邊形，也可理解為多個納米結構組成的正三角形互相組合。
[0075]
如圖11(2)示出的一個實施例，超結構單元包括一個中間的納米結構和環繞其的4個與其距離相等的周邊的納米結構，組成正方形。
[0076]
超結構單元及其密堆/陣列的形式也可以是圓周排列的扇形，如圖11(3)所示出的，包括兩個弧形邊的扇形，也可以是一個弧形邊的扇形，如圖11(3)中的左下角區域，在扇形的各邊交點以及中心設置有納米結構。
[0077]
示例性地，本技術實施例提供的納米結構可以是偏振無關結構，此類結構對入射光施加一個傳播相位。根據本技術的實施方式，納米結構可以是正結構，也可以是負結構。例如，納米結構的形狀包括圓柱、中空圓柱、正方形棱柱、中空正方形棱柱等。圖12左側示出了納米結構為圓柱時的納米結構單元的結構示意圖。
[0078]
示例性地，納米結構可以是偏振相關結構，此類結構對入射光施加一個幾何相位。納米結構可以是正結構也可以是負結構。例如，納米結構可以是橢圓形柱、納米鰭等結構。圖12右側示出了納米結構為納米鰭時的納米結構單元的結構示意圖。根據本技術的實施方式，納米結構的特征尺寸大于或等于0.2λc，且小于或等于0.8λc；λc為入射輻射的中心波長。
[0079]
在超透鏡的具體設計中，首先根據所需的功能確定超透鏡的目標相位。然后，根據所設計的相位，針對超透鏡上的各個坐標，分別尋與該坐標的目標相位最接近的納米結
構。最后，根據目標相位排布所選的納米結構。
[0080]
本技術的超透鏡10的照射調制區域11和探測調制區域12的相位根據照射調制區域11、探測調制區域12和總體的點擴散函數的關聯來進行設計。在此，照射調制區域11的點擴散函數為psf
ill
，探測調制區域12形成的點擴散函數為psf
det
，并且超透鏡10總體的點擴散函數為psf
sys
，其中這三者滿足如下關系：
[0081]
psf
sys
＝psf
ill
*psf
det
。
[0082]
其中，psf
sys
為最終成像的點擴散函數，psf
ill
為照射調制區域11形成的點擴散函數，psf
det
為探測調制區域12形成的點擴散函數。
[0083]
因此，在采用貝塞爾光束的情況下，對于超透鏡10的照射調制區域11，產生貝塞爾光束的超透鏡10相位分布滿足如下關系式，可以產生零階貝塞爾光束：
[0084][0085]
na＝sin(θ)
[0086]
其中，λ為照射光束的波長，x、y為超透鏡10表面坐標位置，θ為超透鏡10對平行入射光束的偏轉角。該零階貝塞爾函數的像面分布如圖4所示，其中縱坐標為歸一化強度，橫坐標為超表面中任一納米結構距光軸中心的距離。
[0087]
而高階貝塞爾光束產生需要的相位分布滿足如下關系式：
[0088][0089][0090]
n表示階數，φ為方位角，用于表征出射光的渦旋相位。
[0091]
對于上式，在本技術的優選的實施例中，n＝1，2或3。當然，n同樣也可以采用其他的整數值。
[0092]
此時，超透鏡10的探測調制區域12的相位分布需滿足：
[0093][0094]
根據上式，在n＝2的情況下，探測調制區域12產生的點擴散函數則為零階貝塞爾函數和二階貝塞爾函數的和。由此，通過探測調制區域12的點擴散函數和照射調制區域11的點擴散函數的乘積得出總點擴散函數，對此在圖5和圖6中分別示出探測調制區域12的點擴散函數和總點擴散函數的像面分布圖。
[0095]
從圖4和圖6的對比中，可以明確得出：根據上述設計方法設計的超透鏡10，出地抑制了貝塞爾光束的旁瓣，從而顯著提高了本技術的成像方法的成像質量。
[0096]
此外，在另一個實施例中，如圖7所示，探測調制區域12產生的點擴散函數也可以是零階貝塞爾函數和三階貝塞爾函數的和，此時參見圖8，在圖8中示出總點擴散函數的像面分布圖。因此可見：該實施例同樣良好地抑制了照射光束的旁瓣。
[0097]
同樣可以考慮的是，探測調制區域12的相位分布滿足：
[0098][0099]
即探測調制區域12的點擴散函數為零階貝塞爾函數和n階貝塞爾函數的差。
[0100]
對于上式，在本技術的優選的實施例中，n＝1，2或3。當然，n同樣也可以采用其他的整數值。
[0101]
因此，在一個示例性的實施例中，如圖9所示，探測調制區域12產生的點擴散函數是零階貝塞爾函數和一階貝塞爾函數的差；此時參見圖10，在圖10中示出總點擴散函數的像面分布圖。因此可見：該實施例同樣良好地抑制了照射光束的旁瓣。
[0102]
此外，同樣可以考慮的是：也可以使用其他階數和計算方法來設計探測調制區域12的相位分布。
[0103]
以上，僅示例性地描述了借助貝塞爾光束來實現根據本技術的成像方法，而本發明不限制于使用貝塞爾光束。同樣可以考慮的是，本發明當然也可以考慮其他無衍射光束，例如mathieu光束、airy光束等等，來實現超分辨率成像。
[0104]
因此，在本技術的成像方法的一個步驟中，通過深度學習設置約束條件，設計超透鏡10的探測調制區域12的相位分布。例如，可以針對不同的無衍射光束和/或不同階數的光束來進行相應的相位分布設計。由此，可以針對不同的要求，實現符合不同要求的超分辨成像。
[0105]
在本發明的另一方面中，還提供一種成像系統，該成像系統優選構成用于執行根據本技術的成像方法，成像系統的結構參見圖2，該成像系統包括：光源50，超透鏡10，入射光纖20，接收光纖30，以及探測器40；其中，
[0106]
超透鏡10包括：照射調制區域11和探測調制區域12；
[0107]
入射光纖20將光源50與超透鏡10連接，
[0108]
接收光纖30將超透鏡10與探測器40連接。
[0109]
如圖3所示，超透鏡10是圓形的，其中照射調制區域11同樣是圓形的，并且探測調制區域12為閉合的圓環形。但是，本發明的超透鏡10的形狀不限于此，同樣可以采用其他形狀，例如正方形、正六邊形等等，并且探測調制區域也不一定必須為閉合環形，其同樣可以采用非閉合的環繞形狀，只要其相位分布滿足設計要求即可。
[0110]
此外，光源50的數量優選為一個。
[0111]
通過分塊設計的超透鏡以及無衍射光束的使用，相較于現有技術，良好地抑制了旁瓣，從而提高橫向分辨率和成像效果。此外，通過上述成像系統，相較于現有技術，在實現高質量的超分辨率成像的同時，減少部件的數量，例如光源的數量，并且超透鏡的使用還簡化了整個系統的結構，使得系統更加緊湊、質量更輕、更加便于使用。
[0112]
例如，為了產生本技術限定的貝塞爾光束，超透鏡10的納米結構優選是偏振相關的，其在此針對設計波長起半波板的作用，可以將入射的圓偏光調制為其正交的偏振態，以產生貝塞爾光束。偏振相關的納米結構如圖12的右側所示。
[0113]
在本技術的一個優選的實施例中，超透鏡10為可調超透鏡，該可調超透鏡能夠通過外加激勵來改變照射調制區域11和/或探測調制區域12的相位分布。作為一個實施例，外加激勵可包括電激勵、熱激勵、光激勵以及機械激勵。
[0114]
本技術的可調超透鏡有多種可能的實現方式，例如，可在超透鏡10中加入相變材料構成相變材料層，通過施加外加激勵，改變相變材料的相變態，從而改變超透鏡10的相位；又如，超透鏡10的納米結構至少部分由相變材料構成，通過施加外加激勵，改變相變材料的相變態，從而改變超透鏡10的相位。
[0115]
在上述實施例中的相變材料為電致相變材料的情況下，采用的外加激勵為電激勵，例如，可通過改變施加到電致相變材料的電壓來改變電致相變材料的相變狀態，以使超透鏡10的相位改變。
[0116]
在上述實施例中的相變材料為熱敏相變材料的情況下，采用的外加激勵為熱激勵，例如，可通過改變施加到熱敏相變材料的溫度來改變熱敏相變材料的相變狀態，以使超透鏡10的相位變化。
[0117]
在上述實施例中的相變材料為光敏相變材料的情況下，采用的外加激勵為光激勵，例如，可通過改變照射光敏相變材料的光束光強，使光敏相變材料的溫度發生變化，以此來改變光敏相變材料的相變狀態，以使超透鏡10的相位變化。
[0118]
以下，以外加激勵為電激勵為例具體說明本技術的可調超透鏡的實現方案。可調超透鏡上設置有調控電壓，可調超透鏡的納米結構單元采用相變材料，相變材料通過在外加激勵(如熱、激光、外加電壓)下改變物質內部的晶格,可以大幅度地改變介電常數。
[0119]
ge
x
sbytez(簡稱gst)作為常用的相變材料，其由鍺(ge)、銻(sb)和碲(te)三種元素組成,在可重寫光盤技術上被廣泛應用。固態gst有晶態和非晶態兩種相態,兩態的介電常數存在較大的差別。
[0120]
當非晶態gst溫度超過結晶溫度(多為160℃)時,非晶態會首先相變為亞穩態的面心立方晶體結構,類似于nacl。如果溫度繼續升高,亞穩態晶體結構會變為穩態的六方結構。非晶態到晶態的相變過程可通過把gst放置于加熱板上加熱、使用激光脈沖照射、外加電壓等手段來實現。
[0121]
相反地,把晶態gst加熱超過其熔點(多為640℃)并液化,后經急速冷卻可形成非晶態gst。整個冷卻凝固過程需要在10ns內急速完成,如果凝固時間過長,液態gst有充足時間重組為晶態結構。在應用激光的情況下,gst從晶態到非晶態的相變往往需要較大功率的短脈沖(脈寬《10ns)激光。
[0122]
gst晶態或非晶態的相變過程一旦完成,即使撤去外部激勵并回到室溫環境,gst仍可長時間保持相變后的晶態或非晶態。gst的晶化比例可通過控制晶化過程的物理參數獲得，例如,對非晶態gst進行加熱,晶化比例可通過改變加熱溫度或加熱時間來調控,以獲得不同的折射率。
[0123]
在圖13中的(1)和(2)示出本技術的可調超透鏡的一個納米結構、即相變單元的示意圖。在此，相變單元是透射式的相變單元。可以直接利用相變元件實現導電并加熱。如圖13中的(1)所示，第一電極111與納米結構114的下側電連接，第二電極112與納米結構114的上側電連接。在兩個電極的作用下，由相變材料制成的納米結構114直接導電發熱，實現相變態的改變。在此，第一電極111和第二電極112的材料在工作波段透明，以避免降低光線的透過率。
[0124]
在此，該第一電極111可以直接與納米結構114電連接；或者，如圖13中的(1)所示，該相變單元還包括：連接層113，且連接層113在工作波段透明。該連接層位于納米結構遠離114第一電極111的一側，并與納米結構114電連接；第二電極112位于第一電極111與連接層113之間，并與連接層113電連接。本實施例中，該層狀的第一電極111和連接層113均采用導電且透明的材料，例如，可以使用ito制作而成。
[0125]
例如，為了避免間隔設置的第一電極111與第二電極112之間漏電，參見圖13中的
(1)所示，該相變單元還包括：第一絕緣層115；第一絕緣層115位于第一電極111與第二電極112之間，并抵接第一電極111、第二電極112?？蛇x地，該相變單元還可包括與納米結構114并列設置的第二絕緣層116，在能夠支撐部分電極的情況下，也可實現絕緣。另外，該第二絕緣層116還可以起到支撐連接層的作用。
[0126]
參見圖13中的(2)所示，該相變單元也可以包括：填充物117，該填充物117在工作波段透明；填充物填充在納米結構114之間。本發明實施例中，在納米結構周圍填充有透明材料，即填充物117；該填充物在工作波段具有較高的透過率，并且，填充物117的折射率與相變材料的折射率相比，二者之間的差值不小于0.5，以能夠保證納米結構114的調制效果。
[0127]
在本技術中，如圖13中的(1)和(2)所示，相變單元為透射式的，其中光線a射入至相變單元，該相變單元對光線a進行相位調制，并出射調制后的光線b，該光線b為透射光。
[0128]
下面以外加激勵為光激勵為例，舉例說明本技術的可調超透鏡的實現方案。例如，超透鏡10的納米結構選用光敏相變材料，通過改變施加在超透鏡10的各納米結構上的光信號，調控光信號照射區域的納米結構的溫度，從而改變光信號照射區域的納米結構的折射率，進而調控超透鏡10中的照射調制區域11和探測調制區域12達到所需的相位分布。
[0129]
下面以外加激勵為機械激勵為例，舉例說明本技術的可調超透鏡的實現方案。例如，選用柔性基底作為超透鏡10的基底，通過機械拉伸改變超透鏡10的納米結構單元的周期從而調控超透鏡10的相位分布。具體地，超透鏡10可被配置為：基底采用可拉伸材質，納米結構固定在基底上，通過外部機械設備拉伸或壓縮基底，改變超透鏡10上納米結構的間距，從而改變通過超透鏡10的納米結構單元的周期，進而調整超透鏡10中照射調制區域11和探測調制區域12的相位。
[0130]
由于不同的衍射光束具有不同的應用場景，通過可調超透鏡的使用，本技術的成像方法和成像系統的使用更加靈活，可以借助單個超透鏡針對不同的無衍射光束實現超分辨成像，可以實現不同應用場景的切換。
[0131]
需要說明的是：根據本發明的成像方法描述的全部技術特征和技術效果都可以轉用于本發明的成像系統，并且反之亦然。
[0132]
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換的技術方案，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
技術特征：
1.一種成像方法，其特征在于，包括：提供超透鏡(10)，所述超透鏡(10)包括處于所述超透鏡(10)中間的照射調制區域(11)和圍繞所述照射調制區域(11)的探測調制區域(12)；在照射光路中，經由光纖將照射光束引導至所述超透鏡(10)的所述照射調制區域(11)，從而通過所述照射調制區域(11)聚焦到被測對象上，在探測光路中，通過所述超透鏡(10)的所述探測調制區域(12)接收從所述被測對象反射回的、含有所述被測對象的信息的光束，經由光纖將含有所述被測對象的信息的光束引導到探測器上，進而進行成像，其中將所述超透鏡(10)的所述照射調制區域(11)和所述探測調制區域(12)的相位分布設計成，使得通過所述探測光路的點擴散函數來調制所述照射光路中的點擴散函數，從而能夠調節所述探測調制區域(12)和所述照射調制區域(11)構成的總體的點擴散函數的半高全寬。2.根據權利要求1所述的成像方法，其特征在于，所述照射光束是無衍射光束。3.根據權利要求2所述的成像方法，其特征在于，所述照射光束是貝塞爾光束。4.根據權利要求1所述的成像方法，其特征在于，通過所述探測光路的點擴散函數來調制所述照射光路中的點擴散函數，使得所述探測調制區域(12)和所述照射調制區域(11)構成的總體的點擴散函數的半高全寬低于所述照射調制區域(11)的點擴散函數的半高全寬。5.根據權利要求3所述的成像方法，其特征在于，所述照射調制區域(11)的相位分布滿足：na＝sin(θ)其中，x、y為所述超透鏡(10)表面坐標位置，θ為所述超透鏡(10)對平行入射光束的偏轉角，λ為照射光束的波長。6.根據權利要求5所述的成像方法，其特征在于，所述探測調制區域(12)的相位分布滿足：其中其中其中，n表示階數，φ為方位角，用于表征所述探測調制區域(12)的出射光的渦旋相位。7.根據權利要求5所述的成像方法，其特征在于，所述探測調制區域(12)的相位分布滿足：其中
其中，n表示階數，φ為方位角，用于表征所述探測調制區域(12)的出射光的渦旋相位。8.根據權利要求6或7所述的成像方法，其特征在于，n＝1、2或3。9.根據權利要求1所述的成像方法，其特征在于，該方法還包括，通過深度學習設置約束條件，設計所述超透鏡(10)的所述探測調制區域(12)的相位分布。10.一種成像系統，所述成像系統用于實施根據權利要求1至9中任意一項所述的成像方法，其中所述系統包括：光源(50)、超透鏡(10)、入射光纖(20)、接收光纖(30)和探測器(40)；其中所述超透鏡(10)包括：照射調制區域(11)和圍繞所述照射調制區域(11)的探測調制區域(12)；所述入射光纖(20)將所述光源(50)與所述超透鏡(10)連接，所述接收光纖(30)將所述超透鏡(10)與所述探測器(40)連接。11.根據權利要求10所述的系統，其特征在于，所述超透鏡(10)為可調超透鏡，所述可調超透鏡能夠通過外加激勵來改變所述照射調制區域(11)和/或所述探測調制區域(12)的相位分布。12.根據權利要求11所述的系統，其特征在于，所述外加激勵包括電激勵、熱激勵、光激勵以及機械激勵。
技術總結
本發明提供了一種成像方法，所述方法包括以下步驟：提供超透鏡，包括處于超透鏡中間的照射調制區域和圍繞照射調制區域的探測調制區域；在照射光路中，經由光纖將照射光束引導至超透鏡的照射調制區域，從而通過照射調制區域聚焦到被測對象上，在探測光路中，通過超透鏡的探測調制區域接收從被測對象反射回的、含有被測對象的信息的光束，和經由光纖將含有被測對象的信息的光束引導到探測器上，進而進行成像。本發明還涉及一種相應的成像系統。通過本發明的方法和系統可以突破衍射極限而實現超分辨成像。超分辨成像。超分辨成像。
