用于在光学装置中调节光束强度的方法以及所属的光学装置制造方法及图纸

为了达到尤其高的光功率，提出了一种在光学装置中调节光束强度的方法，其中光束通过声光滤波器AOTF(3)进行引导并且根据声波的频率和/或振幅在其强度上进行调节，AOTF(3)借助所述声波来驱动，其特征在于，所述声波的振幅在预定的声波频率下被选择为比为达到针对光束的预定波长或预定波长光谱的衍射效应(18)的第一最大值而选的振幅更大，并且声波的振幅还额外地这样选择，即AOTF(3)的传递函数和光束的波长光谱之乘积的积分的数值比在为达到第一最大值而选的振幅大小时的更大。此外，还说明了一种尤其用来实施上述方法的光学装置。

A method of adjusting the intensity of a beam in an optical device and an optical device belonging to it.

In order to achieve high optical power especially, puts forward a method of adjusting the beam intensity in the optical device, wherein the light beam by acousto-optic filter AOTF (3) to guide and according to the acoustic frequency and / or amplitude adjustment in its intensity, AOTF (3) by means of the acoustic wave to drive, which is characterized in that the amplitude of the acoustic wave in acoustic frequency were selected as predetermined ratio reached for a predetermined wavelength beam or predetermined wavelength spectrum diffraction effect (18) the first larger maximum amplitude and the amplitude of the acoustic wave, and additionally selected such that AOTF (3) integral and beam transfer function the wavelength spectrum of the product of the numerical ratio in order to reach the maximum amplitude and the first hour of more. In addition, an optical device, especially for the implementation of the above method, is also described.

【技术实现步骤摘要】
用于在光学装置中调节光束强度的方法以及所属的光学装置
本专利技术涉及一种在光学装置中调节光束强度的方法，其中光束通过声光滤波器AOTF进行引导并且根据声波的频率和/或振幅在其强度上进行调节，AOTF借助所述声波来驱动。本专利技术还涉及一种优选在显微镜中的光学装置，其尤其用来执行用来调节光束强度的方法，其中光束通过声光滤波器AOTF进行引导并且根据声波的频率和/或振幅来调节其强度，AOTF借助所述声波来驱动。本专利技术还涉及一种优选显微镜中的光学装置，其尤其用于实施用于调节光束强度的方法，其中光束通过声光滤波器AOTF进行引导并且根据声波的频率和/或振幅在其强度上进行调节，AOTF借助所述声波来驱动。
技术介绍
用于调节光束强度的方法及光学装置在实践中已知。广泛传播的可行方案是，为此应用声光滤波器(Acousto-OpticalTunableFilter,AOTF)，其例如在激光扫描显微镜中改变激发光的强度。在此，声波(通常在无线电频率范围内)通过换能器入射光学晶体中，其中声波产生了晶体的局部折射率的周期性调制。该调制像光栅或布拉格光栅一样生效，并且能够衍射相应波长的光。这种声波的快速可调制性能够与比其它方法(例如电光效应)相比更低成本的声光滤波器一起在例如激光扫描显微镜中形成用于调光的标准模具。用于可见光区域中的激光波长的声光滤波器非常常见，但还存在着用于红外(多光子显微镜)或紫外光的实施方式。图1示出了AOTF在激光扫描显微镜或共聚焦激光扫描显微镜中的可能的应用。一系列不同波长的激光器1.1至1.N的光束在用于波长选择的光学元件(例如边缘、带通或陷波滤波器)的情况下被组合起来，并且入射在位于共同光程中的AOTF3上。在经过光学器件4之后，为了调节光束直径，激光光束5入射到显微镜的主分束器6和扫描单元7上。光束则借助视场光学器件8由扫描单元7成像在物镜9上，并最终聚焦于样品10上。在该处产生的荧光光束在探测光程11中在经过主分束器6之后入射在聚焦光学器件12、共焦孔板13和准直光学器件14上，并且最终在探测模块15中探测。图2示出了相同的显微镜，但其中图1的单个激光1.1至1.N通过超连续光谱激光器16(所谓的白光激光器，WLL)代替，并且图1的主分束器6通过声光分束器17(Acousto-OpticalBeamSplitter,AOBS)代替。在图3中绘出了表征声光滤波器AOTF的运转的函数。在图3的左半部中示出了用于声波的特定频率的衍射效应18作为待调节强度的光束的波长的函数，而在图3的右半部中绘出了衍射效应作为声波的振幅的函数。传递函数对于小的振幅来说能够以良好的近似通过平方的辛格函数(quadriertenKardinalsinus)进行描述。其宽度对于预定的波长来说取决于换能器的形状和大小，其中它典型地在0.1nm-10nm之间运动。依赖于声波的振幅的衍射效应在达到最佳值后(在振幅为Aopt时)再次下降，并且在2Aopt时具有最小值。如果AOTF作为纯粹的调制器用于光强度，则在显微镜中通常在控制软件中存在着调节元件，借助它能够在零和Aopt之间调节声音振幅，即在图3所示的范围内。可选的，所示的曲线能够通过计算实现线性化，因此经调节的数值的翻倍也能够使光束强度翻倍。在不同的应用情况中值得期待的是，至少为白光激光器的单个波长提供比如今常见的例如漂白实验更高的照明强度。此外，以成本更低廉的二级管激光器来代替通常用于荧光激发的气体激光器(例如氦-氖-或氩激光器)以及二极管泵浦的固态激光器的可能替换，由于其相对较宽的激光光谱(几纳米)会在衍射效应中引起过高的损失，并因此使供使用的光功率相对较低。就此而言，对于荧光显微镜来说，相应声光元件的带宽的容易实现的提高是很有意义的，以便最终能够实现更高的光功率。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是，构造和改进一种方法以及前述类型的光学装置，使得能够以简单的方式实现尤其高的光功率。按本专利技术，上述目的通过具有权利要求1的特征的方法一机通过具有权利要求8的特征的光学装置得以实现。按权利要求1，此方法这样构成和改进，即声波的振幅在预定的声波频率下被选择为比为达到针对光束的预定波长或预定波长光谱的衍射效应的第一最大值而选的振幅更大，并且声波的振幅还额外地这样选择，即AOTF的传递函数和光束的波长光谱之乘积的积分的数值比在为达到第一最大值而选的振幅大小时的更大。此外，按权利要求8的光学装置这样构成或改进，即声波的振幅在预定的声波频率下被选择为比为达到针对光束的预定波长或预定波长光谱的衍射效应的第一最大值而选的振幅更大，并且声波的振幅还额外地这样选择，即AOTF的传递函数和光束的波长光谱之乘积的积分的数值比在为达到第一最大值而选的振幅大小时的更大。以本专利技术的方式首先已认识到，常见的AOTF在其运行方式方面并不局限于普通的实践方式。以进一步的本专利技术的方式，因此已认识到，通过AOTF的适当的备选的运行方式，以极其简单的方式实现了上述目的。为此，首先，声波的振幅在预定的声波频率下被选择为比为达到针对光束的预定波长或预定波长光谱的衍射效应的第一最大值而选的振幅更大。人们曾经选择振幅如此超过为达到衍射效应的第一最大值所需的振幅。这通常首先引起了衍射效应的降低。另一边界条件是，声波的振幅还额外地这样选择，即AOTF的传递函数和光束的波长光谱之乘积的积分的数值比为达到第一最大值而选的振幅大小时的更大。也就是说，声波的振幅选得不是只简单地比为达到针对光束的预定波长或预定波长光谱的衍射效应的第一最大值而选的振幅更大。这可能导致衍射效应只位于第一最大值之下。但以本专利技术的方式已认识到，通过进一步提高振幅，衍射效应在开始时的下降之后会再次上升，并且在第一最大值时超过衍射效应的数值。那么对于光谱宽带光束来说，在此伴随的可能出现的传递函数的峰值的扩展则会发挥重要作用，因为整体上可达到的光强度取决于AOTF的传递函数和光束的波长光谱的乘积的积分。如果此积分大于为达到衍射效应的第一最大值所需的振幅，则产生了整体上更高的光束强度。在此需考虑，在许多应用情况下，尤其在只应扩大漂白效果时，在此出现的光束的较大光谱宽度(通常只是几纳米)由于所用颜料的典型的宽带的吸收光谱最终不会发挥实际作用。因此借助按本专利技术的光学装置和按本专利技术的光学装置，说明了一种前述类型的光学装置，借助它能够以简单的方式达到尤其高的光功率。为了尤其有效地提高光功率，产生该光束的光源或产生这些光束的光源这样选择或调节，即产生的光束的波长光谱比AOTF的跟波长有关的传递函数的宽度更宽，或与之一样宽。换言之，如果光束的波长光谱具有相对于比AOTF的传递函数的宽度更大的宽度，则AOTF的传递函数和光束的波长光谱的乘积的积分的数值能够尤其可靠地通过扩大声波的振幅来扩大。在具体的实施方式中选择所述振幅为大于为达到第一最大值所选的振幅的2倍。在这种情况下，针对预定的波长或预定的光束的波长光谱，衍射效应在进一步扩大振幅的情况下增大超过了第一最大值的数值。为了实现AOTF的尤其可靠的运行，所述振幅能够被选择为比小于或等于为达到第一最大值所选的振幅3倍。原则上该振幅也能够选择得更大，但振幅的增大原则上受到AOTF的机械稳定性的限制，和/或受到AOTF的晶体、换能器或电气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在光学装置中调节光束强度的方法，其中所述光束通过声光滤波器AOTF(3)进行引导并且根据声波的频率和/或振幅在其强度上进行调节，所述AOTF(3)借助所述声波来驱动，其特征在于，所述声波的振幅在预定的声波频率下被选择为比为达到针对光束的预定波长或预定波长光谱的衍射效应(18)的第一最大值而选的振幅更大，并且声波的振幅还额外地这样选择，即AOTF(3)的传递函数和光束的波长光谱之乘积的积分的数值比在为达到第一最大值而选的振幅大小时的更大。

【技术特征摘要】
2016.06.03 LU 930981.一种在光学装置中调节光束强度的方法，其中所述光束通过声光滤波器AOTF(3)进行引导并且根据声波的频率和/或振幅在其强度上进行调节，所述AOTF(3)借助所述声波来驱动，其特征在于，所述声波的振幅在预定的声波频率下被选择为比为达到针对光束的预定波长或预定波长光谱的衍射效应(18)的第一最大值而选的振幅更大，并且声波的振幅还额外地这样选择，即AOTF(3)的传递函数和光束的波长光谱之乘积的积分的数值比在为达到第一最大值而选的振幅大小时的更大。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，产生所述光束的一个光源(16)或多个光源(1.1-1.N)这样选择或调节，即产生的光束的波长光谱比AOTF(3)的波长相关的传递函数的宽度更宽，或与之一样宽。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，选择所述振幅为大于为达到第一最大值所选的振幅的2倍。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，选择所述振幅为小于或等于为达到第一最大值所选的振幅的3倍。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述光束具有预先可设定的波长-带宽。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·克雷默，V·V·里那玛查理，A·吉斯科，
申请(专利权)人：徕卡显微系统复合显微镜有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE