致动声光部件的方法和设备技术

一种致动声光部件的方法和设备，所述声光部件影响穿过其中的光，尤其影响显微镜光路中的照明光和/或检测光，显微镜优选地是激光扫描显微镜，其中，照明波长和/或检测波长使用至少一个频率发生器设定，频率发生器连接到声光部件，并控制该影响，其中，优选地为了确保独立于温度的影响，频率发生器产生信号，该信号产生用于照明光和/或检测光的波长的强度分布的光谱扩展，其中，该致动由两个或更多个致动信号实现，使得产生声光部件的传递函数的两个或更多个重叠和/或叠加主瓣或主最大值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】现有技术为了选择波长并操纵激光强度，如EP1795938A2和DE19702753C2中所述，激光扫描显微镜中的激光系统包括声光元件(AOTF/AOM)，其光谱属性与要传输的激光的光谱特性相匹配。图1示例性地示出当具有矩形换能器的AOTF由单一正弦波激励时的理想传递函数H(λ)。声光元件(AOTF/AOM)的光学传输属性一般通过晶体的切割和施加在其上的换能器的几何形状来设定。通过选择几何形状，在此可操纵主瓣的宽度以及传递函数H0(λ)的副瓣的衰减行为。通常实现矩形换能器，其标准化传递函数H0(λ)描述了sinc2函数。对于给定激光波长λn，特别地，通过晶体的材料属性和几何形状确定激励的RF信号的频率fn。其与激光波长λn成反比，激光波长可由激励的衍射光栅操纵。传递函数H0(λ)的特征尤其在于以下参数(还参见图6)：B3dB——传递函数的主瓣已衰减至其最大值的一半时的带宽(另外FWHM——半最大值全宽)BN——定界传递函数的主瓣的零点的间距为了同时操纵两个或更多个激光线(λ1、λ2...λn)的目的，用于致动声光元件的RF信号包含正弦载波/激光线。具有频率f1、f2...fn的每个正弦载波激励声光元件中对应激光线的衍射光栅。由于关系式λn～1/fn，传递函数的属性还可取决于激励的RF信号来表征。特别地，可指定ΔfBN用于以取决于致动信号的中心频率的去谐的方式描述主瓣宽度的目的。下式适用：对于矩形换能器，适用B3dB＝0.89，BN＝2。相应地，变量BN和B3dB关于彼此如下表现：B3dB＝0.445BN以及FWHM＝0.445BN。AOTF的常规用途两个相邻激光线之间的距离Δλ被选择成至少足够大，使得声光元件的传递函数H0(λ)的主瓣没有叠加。这在两个激光线之间的距离Δλ不小于声光元件的传递函数H0(λ)的主瓣的零间距BN的情况下是这样。下式适用：Δλ≥BN。因此，对于矩形换能器，下式出现：Δλ≥2.247FWHM通常通过显著地增加AOTF的射频致动信号的所需功率来使换能器几何形状适配于调节传递属性，以达到大于90％的所需衍射效率。与具有矩形换能器的标准AOTF相比，取决于激光波长，RF致动功率可不得不升高7dB。与标准AOTF的+20dBm(～100mW)相比，修改的AOTF的典型值＞+27dBm(～500mW)。增加RF控制功率会导致额外地加热声光元件，结果，由于声速对晶体(例如TeO2)中的温度的依赖性，导致晶体(例如TeO2)的光学属性改变。特别地，由于加热，在传递函数H0(λ)中有显著的光谱偏移。可通过使用受控电加热器加热AOTF晶体至显著高于室温的温度(例如50℃)来抵消该不想要的温度漂移(DE-19827140-A1)。替代地，可使用珀耳帖元件来保证温度的稳定性或者如DE202007015506U1和DE19827140A1中所述的那样实现对RF致动信号的温度控制频率跟踪。由RF致动功率的短暂变化(例如由于在记录图像的同时对激光的强度调制)导致的晶体温度的局部改变不能由这样的方法捕捉和补偿，并且作为结果，由于传递函数H0(λ)的光谱偏移，相对于AOTF的第一衍射级，在激光的角度和强度中具有不想要的改变。本专利技术及其效果和优点的描述考虑根据独立权利要求的导言的布置和方法，本专利技术的特征在于相应特征部分。优选发展例是从属权利要求的主题。下面更详细地解释本专利技术及其效果和优点。AOTF的新颖用途根据本专利技术，声光元件通过每激光线两个或更多个正弦RF信号致动。正弦RF信号的光谱间距Δf有意地选择成有激励的传递函数H0(λ)的主瓣的叠加。激励的传递函数HN(λ)的主瓣的重叠是期望的，因为由于单独传递函数的叠加，在合成的传递函数H∑(λ)中导致主瓣加宽。示例：AA光电的AO可调谐滤波器AOTF.nc-VIS(数据表值)：光波长λ450-700nm光谱分辨率(FWHM)1.5nm驱动频率f153-80MHz调谐梯度kTune0.292MHz/nm假定矩形换能器，使用上述关系式可计算出下列值：零点间距BN3.37nm(BN＝FWHM/0.445)零点间距ΔfBN0.98MHz(ΔfBN＝kTune·BN)在常规用途的情况下，这意味着：激光线的最小间距Δλ≥3.37nm(Δλ≥2.247·FWHM)正弦载波的间距Δf≥0.98MHz在本专利技术用途的情况下：正弦载波的间距Δf＜0.98MHz该数据表针对AOTF频率的温度相关漂移指定30kHz/℃的值。对所产生的信号的单独载波的初始相位角和幅度的灵巧选择导致信号I可具有(实际上)恒定的包络。下面，基于图2-5所示的示意图更详细地解释本专利技术。图2示意性示出光源，举例来说是激光器L。光源还可由多个激光器构成，多个激光器由束分裂器组合，如现有技术中所描绘的。经由选择波长和控制强度的AOTF，来自光源L的光在显微镜(优选地是激光扫描显微镜)的方向上行进。光源L和AOTF还可布置在照明模块BM(使用虚线示出)中，照明模块通过直接联接或通过一个或多个光纤光学连接到显微镜光路。通常与另一显微镜功能连接的致动单元AS还用于致动AOTF。根据本专利技术，多频混合单元MIX有利地在致动单元和AOTF之间设置为频率发生器，所述多频混合单元的操作模式在下面更详细地解释。本专利技术涉及以射频信号致动声光元件(AOTF/AOM)。这种信号包含多个射频载波，尽管不是强制的，但是多个射频载波彼此具有均匀距离△f，并具有相同或不同的信号幅度。这种类型的致动导致多个传递函数H0(λ)叠加，所述多个传递函数由晶体或换能器几何形状预先确定，所述传递函数相对于彼此偏移多个△f，并通过相应激励的单独载波的幅度来评估。合成的传递函数HN(λ)从激励声光元件的单独载波的光谱偏移传递函数H0(λ)的叠加产生。关于传递函数的副瓣的衰减行为，有利的是选择致动信号的载波间距△f，使得相邻传递函数的主瓣补充相应直接相邻函数的最小值。由于该致动以及由此得到的多个传递函数H0(λ)的叠加，声光元件的传递函数HN(λ)经历光谱扩展，特别地，光谱扩展具有其主瓣加宽的结果。相比之下，副瓣的衰减行为没有变化或没有显著变化，在矩形换能器的情况下，副瓣的衰减行为由sinc2函数预定。相应地，根据本专利技术的声光元件(AOTF/AON)的激励允许任意扩大传递函数的主瓣的光谱宽度，而不会显著改变副瓣的衰减行为。这便于扩展传递函数的主瓣，使得首先，激光系统的脉冲以理想方式传输，如EP1795938A2中所述，其次，对晶体的温度变化的响应对特定波长的激光的传输不再有任何影响。依靠主瓣宽度通过射频信号的许多载波和其间距离扩展成使得要传输的脉冲仍位于传递函数的具有其光谱宽度的主瓣内，这会成功，或者这还应用于气体或DPSS激光系统的要传输的波长，即使是在晶体的最大温度偏移情况下亦如此。在此，温度范围应当包括在15℃和35℃范围内的环境温度，其中，晶体的操作温度可大致比环境温度高20℃。由于根据本专利技术的致动声光元件(AOTF/AOM)的方案，可使晶体的光谱属性匹配耦合的激光的光谱特性，而不用适配换能器几何形状，即，使用标准部件。额外有利效果包括可完全省略掉加热晶体。这减少了进入系统的不利热流。通过省略掉加热以及为此所需的电子和机械部件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种致动声光部件的设备，所述声光部件操纵穿过其中的光，尤其操纵显微镜光路中的照明光和/或检测光，所述显微镜优选地是激光扫描显微镜，所述设备包括至少一个频率发生器，用于调节照明波长和/或检测波长，所述频率发生器连接到所述声光部件，以控制该操纵，其特征在于，优选地为了确保独立于温度的操纵，所述频率发生器实施成其产生信号，该信号产生所述照明光和/或检测光的波长的强度分布的光谱扩展。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.20 DE 102014009142.21.一种致动声光部件的设备，所述声光部件操纵穿过其中的光，尤其操纵显微镜光路中的照明光和/或检测光，所述显微镜优选地是激光扫描显微镜，所述设备包括至少一个频率发生器，用于调节照明波长和/或检测波长，所述频率发生器连接到所述声光部件，以控制该操纵，其特征在于，优选地为了确保独立于温度的操纵，所述频率发生器实施成其产生信号，该信号产生所述照明光和/或检测光的波长的强度分布的光谱扩展。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述频率发生器由两个或更多个致动信号致动，使得产生所述声光部件的传递函数的两个或更多个重叠和/或叠加主瓣或主最大值。3.如权利要求1或2所述的设备，其中，AOTF的致动信号彼此有一距离，所述距离产生至少两个叠加主瓣。4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，至少两个相邻波长的频率间距Δλ小于带宽(FWHM)的2.247倍。5.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述主瓣均由两个最小值定界。6.如权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，主瓣强度/副瓣强度比为至少10∶1。7.如权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述传递函数的温度相关偏移基本上不会改变所述声光部件的晶体的传输行为。8.如权利要求1至7中任一项所述的设备，其中，光谱偏移的传递频率设置在所述照明波长和/或检测波长的两侧。9.如权利要求1至8中任一项所述的设备，其中设置模拟和/或数字频率发生器。10.如权利要求1至9中任一项所述的设备，其中，所述频率发生器是I/Q混合器。11.如权利要求1至10中任一项所述的设备，其中，所述频率发生器的信号分布基于所述声光部件的测量的温度漂移曲线而调节。12.如权利要求1至11中任一项所述的设备，其中设置FPGA来致动所述频率发生器。13.如权利要求1至12中任一项所述的设备，其中，所述声光部件是AOTF或AOM或AOBS。14.如权利要求1至13中任一项所述的设备，其中，所述显微镜的照明光和所述显微镜的检测光两者在声光部件中是可操纵的。15.一种致动声光部件的方法，所述声光部件操纵穿过其中的光，尤其操纵显微镜光路中的照明光和/或检测光，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：B罗舍尔，S威廉，G默勒，
申请(专利权)人：卡尔蔡司显微镜有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE