研究进展

利用飞秒脉冲激光与生物组织相互作用，能够实现双光子吸收及二次谐波等非线性光学显微成像，具有高分辨率、天然层析能力、无需样品标记以及对组织损伤低等优点，在神经科学研究中广泛应用，在临床医学诊断中展现出巨大潜力。发展光学内窥成像方法，利用光纤将非线性光学显微镜微型化、集成化，从而在活体情况下解析生物过程，是信息和生命科学领域的研究热点。光纤扫描器是实现激光二维扫描和非线性信号收集的核心器件，也是研究光学内窥成像的挑战之一。

武汉光电国家实验室付玲教授带领的科研团队围绕光纤扫描器的原理、器件和成像应用做了系统的工作。通过有限元方法和实验，研究了扫描器结构参数对其扫描特性的影响，为器件研制提供了通用的设计基础（RSI 2011，专利201010245427.X），并利用高阶共振原理发展了一种栅格式扫描方法（RSI 2012，专利 201110437262.0）。最近，针对非线性光纤成像中常用的双包层光子晶体光纤难以驱动的问题，从能量的角度对微型压电扫描器的结构进行了优化，有效降低了能量耗散，实现了对大直径光纤的扫描驱动(图(a))，制成了非线性光学内窥镜原型(图(b))。该微型内窥镜能够高效地对飞秒激光脉冲和荧光、谐波信号进行传输和收集，在10-30毫瓦的激发功率下可以实现大鼠尾腱、肺及脑片的成像(图(c))。这种新型的四片式结构的微型压电扫描器还具有广泛的适用性，能够搭载不同光纤实现多种成像应用。

2016年8月22日，该研究成果“Four-plate piezoelectric actuator driving a large-diameter special optical fiber for nonlinear optical microendoscopy”（用于在非线性光学微型内窥镜中驱动大直径特种光纤的四片式压电扫描器）全文发表在美国光学学会OSA的期刊Optics Express（Vol. 24, No. 17, pp. 19949-19960, 2016）。该研究得到科技部国家自然科学基金创新群体（61421064）、国家自然科学基金（61522502）以及国家重点研发计划课题 (2016YFA0201403)的资助。