本发明专利技术涉及一种用于光学表面波传感器的棱镜装置及其设计安装方法，该装置包括截面为梯形的棱镜，棱镜的长边位于物镜的下表面下方，棱镜的短边连接有光学平板，棱镜与光学平板的厚度之和小于物镜的工作距，棱镜与光学平板采用相同的光学材料，该光学材料折射率为n1，棱镜侧面的环境折射率为n0，光学平板下面环境的折射率为n2，其中，n1>n2>n0。根据折射率数据以及物镜的工作距，即可对应设计出棱镜与光学平板的厚度，棱镜的梯形截面的锐角、长边与短边尺寸数据。与现有技术相比，本发明专利技术能够适用于小工作距的大数值孔径物镜，并且便于加工安装、能够防止水溢出污染。能够防止水溢出污染。能够防止水溢出污染。
【技术实现步骤摘要】
一种用于光学表面波传感器的棱镜装置及其设计安装方法
[0001]本专利技术涉及激光超声病理检测
，尤其是涉及一种用于光学表面波传感器的棱镜装置及其设计安装方法。
技术介绍
[0002]目前，在光声快速病理检测领域，利用光学表面波传感器可以进行高灵敏折射率测量，将光学表面波传感器与激光超声技术相结合后，能够实现高灵敏、大带宽的光声信号的探测。传统基于光学表面波的光声显微成像系统中，光学布局如图1所示。其中，泵浦光需要经过显微物镜汇聚到样品表面，如图1所示，激发出超声波信号，在通过棱镜下面与样品之间的水环境，声波传输到棱镜下表面引起折射率的变化，入射光线经过棱镜表面全内反射，折射率的变化导致发生全内反射的P光（平行偏振光）和S光（垂直偏振光）的分量产生变化，通过测量该变化，测量出折射率随时间的变化，从而计算出超声信号随时间的变化关系。再通过逐点扫描的方式，即可实现大面积的生物样品的光声显微成像。
[0003]根据以上成像系统的工作原理可知，在物镜与样品之间需要安装一个棱镜，由于棱镜的厚度一般为数毫米，因此实际应用中必须选用大工作距的物镜。而根据激发光声信号的原理，光声显微成像的分辨率与泵浦光线的汇聚光斑尺寸有关，汇聚光斑尺寸越小、分辨率越高，因此，选用大数值孔径物镜可以有效提高成像分辨率。但目前市场上的大数值孔径物镜的工作距较短，一般小于1mm，而同时满足大数值孔径和长工作距的物镜则价格高昂（单价10万元以上）。
[0004]为降低成本，现有技术考虑将棱镜厚度减小、小于物镜工作距，以能够使用大数值孔径但小工作距的物镜，然而，为了满足光线折射和全内反射要求，减小厚度棱镜的同时，也必然会减少棱镜的尺寸，导致棱镜上表面的短边尺寸会变得很小，这无疑会大大增加制造加工难度，在安装固定棱镜时，如果棱镜尺寸较大，可以通过常规的光学调整架安装和调整，但是当棱镜的尺寸较小时，传统的安装方式则无法适用于物镜和样品之间小于1mm的空间要求；此外，传统的棱镜的下表面需要采用水环境，如果棱镜尺寸较大，水可以通过毛细力，吸附在棱镜下表面与样品之间的间隙中，不会溢出，并不会污染棱镜的其它表面，但当棱镜尺寸缩小后，则很难防止水溢出污染棱镜的侧面。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于光学表面波传感器的棱镜装置及其设计安装方法，能够适用于小工作距的大数值孔径物镜，并且便于加工安装、能够防止水溢出污染。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，包括截面为梯形的棱镜，所述棱镜的长边位于物镜的下表面下方，所述棱镜的短边连接有光学平板，所述棱镜与光学平板的厚度之和小于物镜的工作距，所述棱镜与光学平板采用相同的光学材料，该光学材料折射率为n1，所述棱镜侧面的环境折射率为n0，所述光学
平板下面环境的折射率为n2，其中，n1>n2>n0。
[0007]进一步地，所述棱镜与光学平板之间填充有折射率匹配液或光胶，所述折射率匹配液或光胶的折射率为n1。
[0008]进一步地，所述棱镜与光学平板的厚度之和小于1mm。
[0009]进一步地，所述棱镜的梯形截面的锐角具体为：
[0010]其中，θ为棱镜的梯形截面的锐角，α为临界角。
[0011]进一步地，所述棱镜的梯形截面的长边尺寸具体为：
[0012]其中，b为棱镜的梯形截面的长边尺寸，h为棱镜的厚度，c为光学平板的厚度。
[0013]进一步地，所述棱镜的梯形截面的短边尺寸具体为：
[0014]其中，a为棱镜的梯形截面的短边尺寸。
[0015]一种用于光学表面波传感器的棱镜装置设计安装方法，包括以下步骤：S1、获取物镜的工作距尺寸数据以及相关环境的折射率，并据此设计棱镜及光学平板的尺寸、材料参数；S2、按照设计的棱镜及光学平板的尺寸、材料参数，完成棱镜及光学平板的加工制作；S3、将棱镜的短边与光学平板相连接，并在棱镜与光学平板之间填充折射率匹配液或光胶；S4、将棱镜的长边紧贴安装于物镜的下表面，在光学平板下方设置待测样品及扫描平移台，所述待测样品位于水环境中；S5、分别安装探测激光器、光电探测器、泵浦激光器及对应的光学设备。
[0016]进一步地，所述步骤S1的具体过程为：获取物镜的工作距尺寸数据，设计棱镜的厚度为h、光学平板的厚度为c，其中，（h+c）小于物镜的工作距；获取棱镜侧面环境折射率为n0、光学平板下面环境的折射率为n2，设计棱镜与光学平板选用相同的光学材料，该光学材料的折射率为n1，其中，n1>n2>n0；之后设计棱镜梯形截面的锐角θ为：
[0017]棱镜梯形截面的长边尺寸b为：
[0018]棱镜梯形截面的短边尺寸a为：
[0019]其中，α为临界角。
[0020]进一步地，所述步骤S3中折射率匹配液或光胶的折射率为n1。
[0021]进一步地，所述步骤S5的具体过程为：在物镜上方安装泵浦激光器、第一透镜、第二透镜和反射镜，使得泵浦激光器产生的泵浦光脉冲，经过第一透镜和第二透镜进行扩束，再经过反射镜反射入射到物镜，汇聚光束经过棱镜及光学平板，汇聚在样品表面，激发出光声信号，利用扫描平移台带动样品实现二维扫描；在棱镜的一侧安装探测激光器、二分之一波片、四分之一波片和第三透镜，在棱镜的另一侧安装第四透镜、偏振分光棱镜、第五透镜、第一光电探测器、第六透镜和第二光电探测器，使得探测激光器发出的探测光束，经过二分之一波片和四分之一波片成为圆偏振光，经过第三透镜入射到棱镜及光学平板，汇聚焦点在棱镜下表面中心，在棱镜下表面的全内反射时，光声信号导致棱镜下表面的折射率变化，导致反射光的P光和S光的分量产生强度的变化，从棱镜出来的探测光束，经过第四透镜和偏振分光棱镜后，P光透射并经过第六透镜后由第二光电探测器接收，S光在偏振分光棱镜反射后，经过第五透镜后由第一光电探测器接收，第一光电探测器与第二光电探测器接收到的光电信号经过差分，即可测量出光声信号引起的折射率变化，从而计算出光声的变化。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、本专利技术通过设计截面为梯形的棱镜，将棱镜的长边设计位于物镜的下表面下方，将棱镜的短边与光学平板相连接，设计棱镜与光学平板的厚度之和小于物镜的工作距，从而适用于大数值孔径但小工作距的物镜；并设计棱镜与光学平板采用相同的光学材料，该光学材料折射率为n1，且n1>n2>n0，n0为棱镜侧面的环境折射率、n2为光学平板下面环境的折射率，由此使得入射光线和出射光线在棱镜的上表面（即棱镜的长边）均发生一次全内反射，该增加的全内反射不影响棱镜下表面（即棱镜的短边）的折射率传感，但能够使棱镜的上表面尺寸加大，从而有效减小了加工和安装的难度，此外，将棱镜固定在一片与棱镜同样光学材料的光学平板上，一方面隔绝了水环境的污染可能性，另一方面，也更加便于棱镜的安装、调整和更换。
[0023]二本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，其特征在于，包括截面为梯形的棱镜（1），所述棱镜（1）的长边位于物镜（3）的下表面下方，所述棱镜（1）的短边连接有光学平板（2），所述棱镜（1）与光学平板（2）的厚度之和小于物镜（3）的工作距，所述棱镜（1）与光学平板（2）采用相同的光学材料，该光学材料折射率为n1，所述棱镜（1）侧面的环境折射率为n0，所述光学平板（2）下面环境的折射率为n2，其中，n1>n2>n0。2.根据权利要求1所述的一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，其特征在于，所述棱镜（1）与光学平板（2）之间填充有折射率匹配液或光胶，所述折射率匹配液或光胶的折射率为n1。3.根据权利要求1所述的一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，其特征在于，所述棱镜（1）与光学平板（2）的厚度之和小于1mm。4.根据权利要求1所述的一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，其特征在于，所述棱镜（1）的梯形截面的锐角具体为：，其中，θ为棱镜（1）的梯形截面的锐角，α为临界角。5.根据权利要求4所述的一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，其特征在于，所述棱镜（1）的梯形截面的长边尺寸具体为：，其中，b为棱镜（1）的梯形截面的长边尺寸，h为棱镜（1）的厚度，c为光学平板（2）的厚度。6.根据权利要求5所述的一种用于光学表面波传感器的棱镜装置，其特征在于，所述棱镜（1）的梯形截面的短边尺寸具体为：，其中，a为棱镜（1）的梯形截面的短边尺寸。7.一种采用如权利要求1所述用于光学表面波传感器的棱镜装置的设计安装方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取物镜（3）的工作距尺寸数据以及相关环境的折射率，并据此设计棱镜（1）及光学平板（2）的尺寸、材料参数；S2、按照设计的棱镜（1）及光学平板（2）的尺寸、材料参数，完成棱镜（1）及光学平板（2）的加工制作；S3、将棱镜（1）的短边与光学平板（2）相连接，并在棱镜（1）与光学平板（2）之间填充折射率匹配液或光胶；S4、将棱镜（1）的长边紧贴安装于物镜（3）的下表面，在光学平板（2）下方设置待测样品
（18）及扫描平移台（11），所述待测样品（18）位于水环境中；S5、分别安装探测激光器（7）、光电探测器、泵浦激光器（19）及对应的光学设备。8.根据权利要求7所述的一种棱镜装置的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张嘉贺，杨勇，苏航，杨帆，袁小聪，杨青，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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