一种用于高速随机访问轴向聚焦的环形分区微镜阵列

动态轴向聚焦功能近来已广泛应用于显微镜、增强现实/虚拟现实（AR/VR）、自适应光学和材料加工等领域。然而，现有变焦工具的局限性持续困扰着调用该功能的光学系统的性能上限和操作开销。驱动负担最小的变焦工具（例如液晶、弹性体或光流控透镜）受限于低刷新率（约100 Hz）。相反，最快的器件则牺牲了关键能力，如驻留能力（例如声学梯度透镜或单片微机械镜）或低操作开销（例如变形镜）。在此，我们提出一种通用的随机访问轴向聚焦器件，通过采用低刚度微镜并利用离焦相位分布的鲁棒性，弥合了高速、驻留能力和轻量驱动这些先前相互冲突的特性。在几何结构上，该器件由一个直径8.2毫米的活塞运动微镜像素阵列组成，像素间距为48微米，可为短于1100纳米的波长提供2π相移，10-90%的稳定时间为64.8微秒（即15.44 kHz刷新率）。这些像素被电学划分为32个环，用于一种驱动方案，该方案可实现具有圆对称性的相位包裹操作，且每通道所需电压低于30伏。光学实验证明了该阵列的宽聚焦范围，实测能够瞄准29个不同的、可分辨的深度平面。总体而言，所提出阵列的特性为应对瓶颈应用提供了紧凑、直接的解决方案潜力，这些应用包括神经生物学中的高通量单细胞靶向以及AR/VR中密集三维视觉信息的传递。