【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于光電檢測，更具體地說，本專利技術(shù)涉及一種反射式光譜測量活體角膜非線性折射率系數(shù)方法。
技術(shù)介紹
1、精準化、個性化的飛秒激光屈光手術(shù)系統(tǒng)是未來發(fā)展的趨勢，飛秒激光具有脈寬短，峰值功率高的特點，與組織相互作用過程中會產(chǎn)生非線性光學效應，從而導致角膜基質(zhì)切削量的偏差：當激光的峰值功率大于角膜的自聚焦閾值功率(pc)時，與強度相關(guān)的折射率n＝n0+n2i(n0：材料的線性折射率；n2：材料的非線性折射率系數(shù)；i：激光的光強)引起的焦點位置與線性高斯光束光學預測的焦點位置不同。如果角膜的n2足夠大，足以引起幾十個微米的位移，從而引起角膜切削面型誤差，以及由此引起的屈光矯正誤差和額外的高階像差，進而影響手術(shù)的精準度和患者的術(shù)后視覺質(zhì)量。此外，角膜的非線性折射率系數(shù)可能存在因人而異的問題。因此，準確測量活體角膜的非線性折射率系數(shù)，對切削深度及切削面型進行個性化預補償，提升矯正后視覺質(zhì)量非常關(guān)鍵。
2、1990年sheik-bahae等人提出z掃描技術(shù)用于表征材料的非線性折射率系數(shù)，這種方法具有光路簡單、測量準確的優(yōu)點，z掃描技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為行業(yè)內(nèi)最經(jīng)典應用最廣的測量介質(zhì)非線性折射率系數(shù)的方法，該方法的光路示意圖如下圖1所示。其核心思想是將非線性光學過程引起的波前畸變轉(zhuǎn)化為易于檢測的遠場光斑的強度分布。但是，當樣品表面粗糙度引起的隨機波前畸變遠大于非線性過程引起的波前畸變時，遠場的光斑強度將受到散射的影響，z掃描技術(shù)將不再適用。因此散射介質(zhì)的非線性折射率系數(shù)成為了一個難題。近年來譜域z掃描法被提出，它的核心思想是譜域
3、2010年samineni等人提出了一種新型z掃描技術(shù)用于測量脂質(zhì)溶液的非線性折射率系數(shù)，光路圖如圖2所示。該技術(shù)首先用聲光調(diào)制器(aom)對初始光譜的峰值區(qū)域進行抑制，進而形成“孔洞”光譜。然后，光束通過非線性介質(zhì)后，光譜的“孔洞”將會被自相位調(diào)制效應“填充”。最后，根據(jù)介質(zhì)前后的光譜形變計算介質(zhì)的非線性折射率系數(shù)，這種“孔”填充法在檢測的原理上避開了散射帶來的干擾，具有高的靈敏度和信噪比，“孔”填充法為生物材料非線性折射率系數(shù)測量的可行性折射出了一線曙光，但是這種方法需要一個光譜整形系統(tǒng)，光路相對復雜。
4、專利公開號為：cn115266642a，名稱為一種測量強散射介質(zhì)非線性折射率系數(shù)的譜域z掃描方法是本團隊前期研究的成果，該專利提出了一種透射式譜域z掃描法，光路示意圖如圖3所示。通過量化光譜展寬的大小，從而建立光譜展寬與非線性折射率系數(shù)n2之間的關(guān)系模型。該方法能夠成功測量離體角膜等散射介質(zhì)的非線性折射率系數(shù)。這種方法簡化了光學測量裝置，且在粗糙介質(zhì)的非線性折射率系數(shù)表征方面具有較大的前景。但是該方法是基于透射式測量，且需要對介質(zhì)z軸掃描，但是對于一些特殊介質(zhì)的非線性折射率測量問題，如活體角膜的非線性折射率測量，透射式譜域z掃描法不再適用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有測量角膜的非線性折射率系數(shù)的方法存在信噪比低、裝置復雜、需要z軸掃描等缺點，本專利技術(shù)提出一種反射式光譜法測量角膜的非線性折射率系數(shù)，為活體角膜的非線性折射率系數(shù)測量問題提供了解決方案。
2、為了實現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：
3、一種反射式光譜測量活體角膜非線性折射率系數(shù)方法，包括飛秒激光與角膜相互作用后的反射光譜，采用散射片的漫反射后，用光纖頭在介質(zhì)的表面接收出射光譜信號并耦合光譜儀，得到光譜形狀，通過光譜形狀與非線性折射率系數(shù)之間的關(guān)系模型獲得角膜的非線性折射率系數(shù)。
4、優(yōu)選地，所述飛秒激光的波長為760-840nm，重復脈沖為1khz，脈寬50fs，透鏡f＝100mm。
5、優(yōu)選地，介質(zhì)為被一個夾具限制在一個直徑為8mm的圓內(nèi)，介質(zhì)和散射片的距離為2.4cm。
6、優(yōu)選地，所述光譜儀的增益參數(shù)為100，曝光時間為1s。
7、優(yōu)選地，光譜形狀與非線性折射率系數(shù)之間的關(guān)系模型為，當光脈沖在時域t和空間域r上沿z方向傳輸時，非線性傳輸方程可以寫成：
8、
9、上述方程包括空間衍射、脈沖群速度色散、自聚焦和等離子體離焦效應以及能量損失；式中，初始光場分布可表示為：
10、
11、輸出脈沖可采用有限差分法由式(1)進行數(shù)值求解；通過傅里葉變換得到輸出脈沖頻譜e(r,ω,z)：
12、
13、所以脈沖的功率譜是：
14、p＝e(r,ω,z)·e*(r,ω,z)??????????????????????????(4)
15、為了量化光譜形狀，之前提出用透射率t來量化：
16、
17、式中，f(λ)為出射光譜和，f′(λ)為入射光譜，λ1和λ2分別為選擇的積分帶窗。
18、本專利技術(shù)的技術(shù)效果和優(yōu)點：
19、本專利技術(shù)的一種反射式光譜法測量角膜的非線性折射率系數(shù)，具有裝置簡單、信噪比高、不需要z軸掃描的優(yōu)點，在生物組織的非線性折射率系數(shù)測量如活體角膜的非線性折射率系數(shù)測量方面具有很好的應用前景。
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1.一種反射式光譜測量活體角膜非線性折射率系數(shù)方法，其特征在于，包括飛秒激光與角膜相互作用后的反射光譜，采用散射片的漫反射后，用光纖頭在介質(zhì)的表面接收出射光譜信號并耦合光譜儀，得到光譜形狀，通過光譜形狀與非線性折射率系數(shù)之間的關(guān)系模型獲得角膜的非線性折射率系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式光譜測量活體角膜非線性折射率系數(shù)方法，其特征在于，所述飛秒激光的波長為760-840nm，重復脈沖為1kHz，脈寬50fs，透鏡f＝100mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式光譜測量活體角膜非線性折射率系數(shù)方法，其特征在于，介質(zhì)為被一個夾具限制在一個直徑為8mm的圓內(nèi)，介質(zhì)和散射片的距離為2.4cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式光譜測量活體角膜非線性折射率系數(shù)方法，其特征在于，所述光譜儀的增益參數(shù)為100，曝光時間為1s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式光譜測量活體角膜非線性折射率系數(shù)方法，其特征在于，光譜形狀與非線性折射率系數(shù)之間的關(guān)系模型為，當光脈沖在時域t和空間域r上沿z方向傳輸時，非線性傳輸方程可以寫成：
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1.一種反射式光譜測量活體角膜非線性折射率系數(shù)方法，其特征在于，包括飛秒激光與角膜相互作用后的反射光譜，采用散射片的漫反射后，用光纖頭在介質(zhì)的表面接收出射光譜信號并耦合光譜儀，得到光譜形狀，通過光譜形狀與非線性折射率系數(shù)之間的關(guān)系模型獲得角膜的非線性折射率系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式光譜測量活體角膜非線性折射率系數(shù)方法，其特征在于，所述飛秒激光的波長為760-840nm，重復脈沖為1khz，脈寬50fs，透鏡f＝100mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式光譜測量活體角膜非線性折射率系數(shù)方法，其特征在于，介質(zhì)為被一個...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曾茜，周傳清，郭世俊，楊暉，
申請(專利權(quán))人：上海健康醫(yī)學院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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