本发明专利技术涉及一种用于减小在声光元件(1)上衍射的光(7)的色散角的装置，包括：所述声光元件(1)，该声光元件布置在入射光束(2)的光路中，该声光元件由所述入射光束(2)产生所述衍射的光，该衍射的光起始于所述声光元件(1)的虚拟的交汇点(50)，其特征在于，所述装置包括两个聚焦的光学件(10、20)，其中，第一聚焦的光学件(20)在光路中布置在所述声光元件(1)之前，第二聚焦的光学件(10)布置在所述衍射的光(7)中，并且，所述入射光束(2)的焦点(40)在所述声光元件(1)中位于所述第一聚焦的光学件(20)之后，所述虚拟的交汇点(50)位于所述第二聚焦的光学件(10)的前面的焦点处。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】声光的装置和方法
本专利技术涉及光学显微镜特别是多光子显微镜的领域。本专利技术涉及一种用于减小在声光元件上衍射的光的色散角的装置，其包括声光元件和两个聚焦的光学件。本专利技术还涉及一种用于减小在声光元件上衍射的光的色散角的方法。
技术介绍
在光学显微镜的很多领域中，无论所用的方法如何，一个主要的要求就是，提供具有一个或多个规定波长的激发光。根据显微方法和/或样本类型而定，可能需要一个或多个激发光束，这些激发光束通常必须具有规定的光谱特性。例如，在荧光显微领域重要的是，使用具有一定波长的光，该波长激发出荧光。特别是当样本含有具有不同激发光谱的荧光物质时，需要不同的波长。在多光子显微和共焦扫描显微(共焦显微)领域，特别重要的是，调整某些波长的光强，或者接通或切断某些波长。为此可以使用基于声光效应的波长选择元件。这种声光元件通常具有所谓的声光晶体，该晶体借助声音信号发生器—也叫转换器或“变换器”—而处于振动中。通常，这种转换器具有压电材料以及两个或多个接触该材料的电极。通过以通常在10MHz与10GHz之间范围内的高频率将电极电接通，激发压电材料振动，从而可以产生经过晶体的声波。声光晶体的特点是，所产生的声波改变晶体的光学特性。尤其实现了对局部折射率的周期性调制。这种调制如同(布拉格)光栅一样起作用，且可以使得相应波长的光衍射。这种声光元件例如是声光调制器(AOM)、声光偏转器(AOD)、声光可调滤波器(AOTF)、声光分光器(AOBS)和声光聚光器(AOBM)。在本申请的范畴内，AOM通常是指一种根据在其中产生的声波来影响或调制入射光的频率和/或传播方向和/或光强的声光元件。因此，AOD例如是AOM的专门影响传播方向的一种特殊的表现形式，而AOTF是尤其利用声光调制器的滤波特性的AOM。声波的相对快速的可调制性，连同—相比于其它方法(例如利用电光效应)—较低的成本，使得AOM在激光扫描显微镜中成为用于光调制的标准工具。AOM在多光子显微术中广为使用。在此通常使用波长在红色至近红外范围内的飞秒激光器(F.Helmchen和W.Denk，“Deeptissuetwo-photonmicroscopy”，NatureMethods2，932–940(2005))。典型值是，波长在650nm和1300nm之间，脉冲长度在50fs和200fs之间，在重复率处于100MHz的数量级内和线性偏振情况下，脉冲能量为若干100nJ。根据应用领域和要求而定，可以针对不同的参数优化AOM和通常的声光元件或声光学器件。设计参数主要有：·正/负第一衍射级的色共线性(所谓的有用光束)；·折射效率；·在施加射频时有效衍射的光的光谱带宽(光谱宽度)；·入射光束的角度敏感性；·射频的频率范围和幅度范围。特别是正/负第一衍射级(下面也简写为±1的衍射级)的色共线性，即不同波长的有效光束的共线性，对于在多光子显微术中使用来说至关重要。换句话说，在本申请的范畴内，±1衍射级的色共线性是指正的第一衍射级、但不同波长的各衍射光束相互间的共线性，或者是指负的第一衍射级、但不同波长的各衍射光束相互间的共线性。色共线性的该定义等同地也适用于较高的衍射级(即通常±n衍射级，n≥1)。如果AOM被具有给定的中央波长λ和光谱宽度Δλ的光脉冲照射，则产生±1的衍射级，其通常用作有效光束。由于衍射效率有限，通常还表明有零衍射级，但其因为相比于±1衍射级较差的利用AOM的调制性而通常不使用。由于光脉冲的光谱带宽有限，通过声光元件对±1的衍射级进行角度分开：光脉冲的不同的有色分量通过声光元件而在略微不同的方向上衍射。因而不存在±1衍射级的色共线性。前面段落的论述等同地当然也适用于较高的衍射级。利用声光元件的这种散布的大小在下面称为“色散角”(CSA)，并且定义为衍射光的衍射角度关于其波长λ的导数：CSA因而是衍射级内与完美色共线性的偏差量的量度，并且它具有单位mrad/nm。射到声光元件上的光的光谱带宽越大，光衍射所在的角度范围也就越大(CSA保持不变)。因此，在光具有较大的光谱带宽时，对于有效使用衍射光来说，特别希望补偿或减小CSA，因为利用CSA也将减小该角度范围。对于在(多光子)显微术中的应用，太大的CSA出于两个原因而有问题：其一为，飞秒光脉冲的有色分量的不同的传播方向负责随着传播的持续而使得光束轮廓呈椭圆形，因而未最佳地照射激发物镜的入射光瞳，这尤其导致分辨率变差或者效果降低(在过度照射入射光瞳时)。第二，光脉冲的不同的有色分量以不同的角度射到入射光瞳上，这造成这些有色分量在样本中在空间上分开。这种空间上的分开(也叫“在空间上啁啾的光脉冲”或“空间上的啁啾(Chirp)”)，就像各有色分量未同时照射一样(“时间上的啁啾”)，减小了峰值光强，因而减小了多光子激发的效率。那些通过第一点产生与传播距离有关的椭圆度(或者“在空间上的啁啾”)的缺点，可以根据现有技术予以补偿，其方式为，利用合适的中继光学件把AOM的虚拟的交汇点成像到物镜的入射光瞳中，并且根本就不产生椭圆。在本申请的范畴内，声光元件的特别是AOM的虚拟的交汇点(衍射点)是指在把从声光元件中射出的光束的各光路与光的物理传播方向相反地延长并且确定出它们的交点时得到的点。特别是为了解决第二个问题(“时间上的啁啾”)，在现有技术中使用了棱镜(S.Zeng等人，“Simultaneouscompensationforspatialandtemporaldispersionofacousto-opticaldeflectorsfortwo-dimensionalscanningwithasingleprism”，Opt.Lett.31，1091–1093(2006))、光栅或其它声光器件(Y.Kremer等人，“Aspatio-temporallycompensatedacousto-opticscannerfortwo-photonmicroscopyprovidinglargefieldofview”，Opt.Express16，10066–10076(2008))，它们以合适的布局基本上负责再补偿由AOM产生的CSA。但这些方案要么相当昂贵，要么不灵活(例如在激光波长改变时)。
技术实现思路
本专利技术的目的因此是，提出一种成本低廉且灵活的装置，其明显减小了被声光元件特别是AOM衍射的光的上述CSA，从而可以实现高质量的多光子显微术。本专利技术的目的还有：提出一种相应的方法。在现有技术的上述解决方案中，通过合适的光学器件在相对于声光元件的位置和方向上补偿光束或激光脉冲的光谱分量，与这些解决方案相反，在本申请中仅仅保证在物镜光瞳位置的有色分量的共线性。这些有色分量然后在样本侧成像到相同的位置。基于根据本专利技术的该方案，针对惊人地简单地构造的因而可成本低廉地生产的透镜系统，已找到了根据权利要求1的技术实施，该透镜系统可以灵活地与声光元件配合作用，并且在补偿衍射光的CSA方面满足了高的质量要求。有利本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于减小在声光元件(1)上衍射的光(7)的色散角的装置，包括：/n所述声光元件(1)，该声光元件布置在入射光束(2)的光路中，/n该声光元件由所述入射光束(2)产生所述衍射的光(7)，该衍射的光起始于所述声光元件(1)的虚拟的交汇点(50)，/n其特征在于，所述装置包括两个聚焦的光学件(10、20)，/n其中，第一聚焦的光学件(20)在光路中布置在所述声光元件(1)之前，第二聚焦的光学件(10)布置在所述衍射的光(7)中，并且，/n所述入射光束(2)的焦点(40)在所述声光元件(1)中位于所述第一聚焦的光学件(20)之后，所述虚拟的交汇点(50)位于所述第二聚焦的光学件(10)的前面的焦点处。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180115 DE 102018100762.01.一种用于减小在声光元件(1)上衍射的光(7)的色散角的装置，包括：
所述声光元件(1)，该声光元件布置在入射光束(2)的光路中，
该声光元件由所述入射光束(2)产生所述衍射的光(7)，该衍射的光起始于所述声光元件(1)的虚拟的交汇点(50)，
其特征在于，所述装置包括两个聚焦的光学件(10、20)，
其中，第一聚焦的光学件(20)在光路中布置在所述声光元件(1)之前，第二聚焦的光学件(10)布置在所述衍射的光(7)中，并且，
所述入射光束(2)的焦点(40)在所述声光元件(1)中位于所述第一聚焦的光学件(20)之后，所述虚拟的交汇点(50)位于所述第二聚焦的光学件(10)的前面的焦点处。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述入射光束(2)是脉冲式的光束，该光束特别是来自于发出脉冲光的激光光源，脉冲时长≤1000fs，优选≤300fs，特别优选≤100fs。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述衍射的光(7)是正/负第一级的衍射光。
4.如权利要求1～3中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一聚焦的光学件(20)和/或所述第二聚焦的光学件(10)包括至少一个反射镜。
5.如权利要求1～4中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一聚焦的光学件(20)和/或所述第二聚焦的光学件(10)包括至少一个透镜。
6.如权利要求1～5中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一聚焦的光学件(20)和/或所述第二聚焦的光学件(10)由透镜特别是球面透镜或柱面透镜构成。
7.如权利要求1～6中任一项所述的装置，其特征在于，所述声光元件是声光调制器。
8.一种显微镜，特别是多光子显微镜，包含有根据权利要求1～7中任一项的装置。
9.如权利要求8所述的显微镜...
【专利技术属性】
技术研发人员：曼努埃尔·克雷默，菲利克斯·纽加特，
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
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