用于控制声光的部件的方法和信号产生器技术

本发明专利技术涉及一种用于控制声光的部件(200)的方法，该部件具有声光的晶体(202)和压电的变换器(201)，该变换器用于使得所述声光的晶体(202)处于机械的振动中，其中，利用具有至少一个控制频率的控制信号(300)来控制所述压电的变换器(201)，其中，在机械的振动波(301)通过所述声光的晶体(202)期间，至少一个控制频率在中心频率附近交替地取几个不同的值，从而由在所述声光的晶体(202)中的密度波动产生的光栅同时具有不同的晶格间距。本发明专利技术还涉及一种被设计用于实施这种方法的信号产生器、一种装置和一种显微镜。

Methods and signal generators for controlling acoustooptic components

【技术实现步骤摘要】
用于控制声光的部件的方法和信号产生器
本专利技术涉及用于控制声光的部件的方法和信号产生器、一种由这种信号产生器和声光的部件构成的装置以及一种带有这种装置的显微镜。
技术介绍
无论使用哪种方法，显微镜领域的主要挑战是，提供具有一个或多个预定波长的激发光。根据显微镜方法的类型和/或样本的类型而定，可能需要一个或多个激发光束，其通常必须具有预定的光谱特性。例如，在荧光显微镜领域，重要的是，使用具有激发荧光的波长的光。特别是当样本包含具有不同发射波长的荧光物质时，需要不同的波长。在共聚焦的扫描显微镜领域，特别感兴趣的是，针对特定波长调节强度，或者接入或切断某些波长。为此，可以使用基于声光效应的波长选择部件。这样的声光部件通常具有所谓的声光晶体，该声光晶体通过声信号产生器(也称为变换器或“转换器”)而处于振动中。通常，这种变换器具有压电材料以及两个或更多个与该材料接触的电极。通过以通常在10MHz和几GHz之间范围内的高频率电连接电极，压电材料被激发振动，从而可以产生通过晶体的声波。声光晶体的特征在于，所产生的声波会改变晶体的光学特性。在本专利技术的范围内也可有利地使用的此类声光部件的示例是声光可调滤波器(AOTF)、声光调制器(AOM)、声光偏转器或偏导器(AOD)、声光的分光器(AOBS)和声光的聚光器(AOBM)。在使用声光部件时的一个特殊挑战是其控制。用于变换器的高频电信号通常在频率产生器(例如电压控制的振荡器(英文：voltage-controlledoscillator，VCO)、锁相环(英文：phase-lockedloop，PLL)或根据DDS(直接数字合成(英文：directdigitalsynthesis))方法的合成器)中产生，并通过高频放大器进行放大，从而使幅度大到足以使晶体处于振动中。在同时施加多个不同的控制频率时，可以将多个波长的光束同时地(例如对于AOTF、AOBS、AOBM、AOM)偏转，或者将一种入射光束的波长同时(例如对于AOD)偏转至不同方向的多个光束。声光调制器的通带宽度一方面可以通过诸如设计晶体几何形状和/或转换器的结构性措施来改变，另一方面可以通过控制信号的波形来改变。例如，在第二种情况下，可以将几个紧密间隔的频率叠加并馈入到晶体中，这引起各个通过区域叠加成较大的通过区域。这些方法的缺点在于，在构造性解决方案中，通过曲线的加宽不可改变。如果需要不同的通过宽度，则必须更换晶体。此外，在晶体的整个光谱范围内的通过宽度由几何形状预定。对于叠加解决方案，产生了必须由所用HF-放大器予以处理的高的峰值功率。为了使放大器不因非线性行为而产生混合产物，其线性范围必须非常大。这意味着，放大器必须提供比平均功率高得多的峰值功率。这大大增加了放大器的成本。如果各个频率的差异彼此不利，则可能会产生混合产物，这例如当使用白光激光器作为光源时导致也引入了不希望的颜色。
技术实现思路
根据本专利技术，提出了具有独立专利权利要求的特征的用于控制声光的部件的方法和信号产生器、一种由这种信号产生器和声光的部件构成的装置以及一种带有这种装置的显微镜。有利的设计是从属权利要求以及后续说明的主题。本专利技术基于给声光晶体施加声波的措施，该声波的频率随时间变化得如此之快，以至于有效地形成了具有多个晶格常数的晶格。众所周知，声光晶体中的声波导致一种晶格结构，该晶格结构的晶格常数取决于声音的频率和晶体中的声速。如果激光束穿过该晶格结构，并且如果结构的尺寸与光的波长相匹配，则一部分激光通过衍射过程而偏转。沿着声场中的光路，一些光连续偏转。如果考虑到在声场中沿着光路的一小部分的偏转光的量，则该量与声功率相关联，因此与通过声音产生的晶格的特征相关。因此，幅度进而晶格的特征决定了偏转光的量。当所有的光在光束离开声场的位置已经偏转了原则上可偏转的量时，偏转的光量达到最大值。如果发声频率不是恒定的，而是在中心频率附近交替取几个不同的值，则将产生具有区域变化的晶格常数的晶格结构。这几个不同的值在下面也称为中心频谱。中心频率本身可以是，但并非必须是中心频谱的组成部分。这些区域中的每一个区域都会使得特定波长范围内的光偏转。由于光束依次通过几个区域，在每个区域中都有另一种波长的一些光发生偏转。为了使得与单色情况下相同量的光发生偏转，可以使晶格强度、进而声功率稍高。在频率切换足够快的情况下，晶体中总是存在相同晶格常数的几个区域。于是保证了偏转光的光谱随时间恒定。为了在机械振动波通过声光晶体期间能使控制频率在中心频率附近交替地取几个不同的值，所以在考虑晶体的膨胀和晶体中的声速的情况下进行切换。由这些参数得到，机械的振动波为了通过晶体所需的时间，并且在这段时间期间，控制信号的频率必须至少一次取至少两个不同的值。然而优选地，在此期间，该频率多次取至少两个不同的值。优选地，控制频率取两个到八个不同的值。这是实用的，因为以这种方式可以使得不同波长范围的光偏转，但同时可以足够快地进行切换，以使分别偏转的光的强度足够大。优选地，几个不同的值在中心频率附近处于50kHz-1MHz的带宽中。特别地，控制信号对于每个控制频率都具有恒定的幅度。但是，对于不同的控制频率，也可考虑不同的幅度。可以特别有利的是，由于阻尼行为，针对较高的频率施加较高的幅度。本专利技术的其它优点和设计可由说明书和附图得到。合适的切换方式应该是无跳动的，也就是说，声音产生的控制信号的曲线轨迹应该是连续的。否则会产生并非所愿的谐波。此外，频率应该存在至少一个完整的周期，优选地多个完整的周期，以便产生明确的晶格结构。通过交替地施加不同的频率，确保在每个中心频谱中始终都只有一个频率在一段时间间隔内施加在晶体上。因此不可能与其它频率形成互调产物。也不可能由于差频而产生高的功率峰值。有利地，至少一个控制频率周期性地如此快速地改变，使得—尤其是不垂直于机械的振动波—入射到声光晶体中的光束至少两次射到相同的晶格间距上。由此确保了偏转光的光谱随时间恒定。在此也可考虑的是，至少一个控制频率周期性地改变得如此之快，以至于光束至少三次或更多次射到相同的晶格间距上。通过这种方式，可以进一步改善光偏转的均匀性。由于晶体可以叠加密度场，因此该方法可以以不同的中心频率同时在相同的晶体中使用。如果各中心频率相应地彼此远离，则该方法的上述优点仍得以保持。不言而喻，在不脱离本专利技术的范围的情况下，上述特征和下面还要介绍的特征不仅可按分别给出的组合使用，而且可按其它组合使用，或者单独使用。附图说明本专利技术借助实施例在附图中示意性地示出，并且将在下面参照附图予以介绍。图1示出根据本专利技术的实施方式的装置；图2示出根据本专利技术的方法的实施方式的用于压电变换器的控制信号的曲线；图3示出一种声光的部件，该部件根据本专利技术的方法的实施方式予以控制；图4以示意图示出共焦显微镜的典型部件的总览。具体实施方式图1示意性地示出根据本专利技术的优选实施方式的装置100。...

【技术保护点】
1.一种用于控制声光的部件(200)的方法，该部件具有声光的晶体(202)和压电的变换器(201)，该变换器用于使得所述声光的晶体(202)处于机械的振动中，/n其中，利用具有至少一个控制频率的控制信号(300)来控制所述压电的变换器(201)，/n其中，在机械的振动波(301)通过所述声光的晶体(202)期间，至少一个控制频率在中心频率附近交替地取几个不同的值(f

【技术特征摘要】
20181214 DE 102018132327.11.一种用于控制声光的部件(200)的方法，该部件具有声光的晶体(202)和压电的变换器(201)，该变换器用于使得所述声光的晶体(202)处于机械的振动中，
其中，利用具有至少一个控制频率的控制信号(300)来控制所述压电的变换器(201)，
其中，在机械的振动波(301)通过所述声光的晶体(202)期间，至少一个控制频率在中心频率附近交替地取几个不同的值(f1、f2)，从而由在所述声光的晶体(202)中的密度波动产生的光栅同时具有不同的晶格间距。


2.如权利要求1所述的方法，其中，所述几个不同的值(f1、f2)在所述中心频率附近处于50kHz-1MHz的带宽中。


3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述几个不同的值(f1、f2)在所述中心频率附近总共包括三个至十个值。


4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个控制频率周期性地如此快速地改变，使得入射到所述声光的晶体(202)中的光束(401)至少两次射到相同的晶格间距上。


5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝恩德·维茨戈夫斯基，
申请(专利权)人：莱卡微系统CMS有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE