EP3797273A1 - Optical arrangement for a spectroscopic imaging method and spectroscopic imaging method - Google Patents

Optical arrangement for a spectroscopic imaging method and spectroscopic imaging method

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EP3797273A1
EP3797273A1 EP19726933.5A EP19726933A EP3797273A1 EP 3797273 A1 EP3797273 A1 EP 3797273A1 EP 19726933 A EP19726933 A EP 19726933A EP 3797273 A1 EP3797273 A1 EP 3797273A1
Authority
EP
European Patent Office
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fiber
illumination light
optical arrangement
core
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19726933.5A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Gregor Matz
Bernhard Messerschmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Grintech GmbH
Original Assignee
Grintech GmbH
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Filing date
Publication date
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    • G01N2201/08Optical fibres; light guides
    • G01N2201/0866Use of GRIN elements

Definitions

  • the application relates to an optical arrangement for a spectroscopic imaging method. Furthermore, the application relates to a spectroscopic imaging method in which the optical arrangement is used.
  • the optical arrangement can be used in particular for a
  • CARS coherent anti-Stokes Raman scattering
  • SRS stimulated Raman scattering
  • Illuminating light of two different wavelengths, the pump and Stokes wavelength are passed through the same optical fiber to the sample.
  • the problem may arise that the
  • Short-pass filter or bandpass filter to put in the beam path, which is optically opaque to the non-resonant ground and passes only the pump and Stokes wavelength to the sample.
  • the CARS signal from the sample can not be collected by the same beam path from the sample to the fiber, which requires a second beam path for the collection of the sample signal with the anti-Stokes wavelength and thus the
  • the invention is in one aspect the object of an optical arrangement for a spectroscopic
  • the optical arrangement for a spectroscopic imaging method comprises a multicore fiber which has at least one first fiber core for guiding a first illumination light and a second fiber core for guiding a second illumination light.
  • the fiber is designed in particular as a double-core fiber and can thus advantageously simultaneously guide the first illumination light and the second illumination light, the first illumination light and the second illumination light
  • Illumination light in particular have different wavelengths.
  • the fiber cores preferably have different diameters and / or different materials. In this way, the Singlemodmaschine and at the same time a good light guide for each wavelength can be ensured.
  • the multi-core fiber has one according to an embodiment of the optical arrangement
  • Fiber scanner for the deflection of the multi-core fiber.
  • Fiber scanner can be designed for example as a piezo scanner. According to an alternative embodiment follows the
  • the mirror scanner can be designed in particular as a MEMS scanner. Through the fiber scanner or the mirror scanner, a time-dependent beam deflection is realized, which allows the imaging.
  • optical arrangement comprises a
  • wavelength-dispersive beam combining element configured to spatially and angularly confine the first illuminating light and the second illuminating light in an object space overlap.
  • the optical arrangement can be part of a microscopic arrangement, in particular the
  • optical arrangement be integrated into an endoscopic probe that is part of a fiber optic endomicroscope.
  • the spectroscopic imaging method for which the optical arrangement is provided may be in particular CARS spectroscopy or SRS spectroscopy.
  • the method two light pulses of the first illumination light and the second illumination light having different wavelengths are simultaneously superimposed on the same location of a sample in the object space.
  • the first fiber core in particular, the first
  • the second illumination light of the Stokes wavelength By separately guiding the pump wavelength and the Stokes wavelength in the two fiber cores, the undesirable four-wave mixing process becomes sufficient
  • Lighting light are in particular of a
  • Vibration vibration of the sample tuned that he coherently drives them and leads to the emission of a third wavelength, the anti-Stokes wavelength, for the
  • wavelength-selective beam combining element between the fiber scanner or the mirror scanner and the object space arranged.
  • the first illumination light and the second illumination light are deflected to scan the object space before passing through the wavelength-selective
  • Beam union element such as a grid or a prism
  • the first illumination light and the second illumination light are deflected by the fiber scanner or the mirror scanner in particular in the same way, wherein the following wavelength-selective
  • Beam union element is advantageously unmoved.
  • a collimating lens is disposed between the fiber scanner or the mirror scanner and the wavelength-selective beam combining element.
  • the collimating lens may be a one-piece or multi-part lens.
  • the collimating lens comprises a gradient index lens (GRIN lens).
  • Lighting light by means of the wavelength-selective Beam unification element it is advantageous if an at least approximate collimation of the illumination lights of both wavelengths before the wavelength-selective
  • Beam union element takes place. From a local
  • an angular offset can be generated.
  • the wavelength-selective beam combination element is advantageously located in the Fourier plane of the imaging optics behind the fiber scanner or mirror scanner, that is, in particular behind the collimating lens.
  • the optical arrangement described here allows a very good diffraction-limited imaging quality for the CARS imaging over a comparatively large field of view based on the overall diameter of the optical arrangement.
  • the multi-core fiber contains a light-conducting jacket for guiding a coming out of the object space
  • Refractive index has as the photoconductive sheath.
  • the multi-core fiber not only the
  • Illumination light in the direction of the object space but advantageously also the object light to be detected in
  • the multi-core fiber has an inner jacket, in which the fiber cores are arranged, wherein the inner jacket is surrounded by the photoconductive jacket.
  • the inner jacket advantageously has a lower refractive index than that
  • Fiber cores and a lower refractive index than the photoconductive sheath on Fiber cores and a lower refractive index than the photoconductive sheath on.
  • a single-mode light-conducting property of the two fiber cores can be achieved by the inner jacket.
  • the inner coat can be
  • the light-conducting in particular be doped with fluorine.
  • Sheath is arranged and has a higher refractive index can be used efficiently for collecting the object light.
  • the fiber cores of the multi-core fiber are preferably made
  • the inner cladding and outer cladding of the multicore fiber may be doped with a dopant
  • the photoconductive jacket preferably comprises pure quartz glass or, for increasing the refractive index, is doped with a dopant suitable thereto, e.g. Doped germanium oxide.
  • the multicore fiber is a polarization-maintaining fiber.
  • the multicore fiber may in particular contain voltage-generating elements which generate a permanent voltage by generating a permanent voltage
  • voltage-generating elements may include
  • the fiber cores are arranged asymmetrically in the multi-core fiber.
  • the fiber cores in this embodiment are arranged asymmetrically to the center of the multi-core fiber.
  • the fiber cores may have different distances from the center of the multi-core fiber.
  • the fiber cores may be arranged one behind the other in the same radial direction as viewed from the center of the multi-core fiber. Depending on how strong this is
  • Illuminating light differs, the object light is deflected by the wavelength-dispersive beam combination element, so that it is not centric on the
  • the collection efficiency of the fiber for the object light can be impaired.
  • the wavelength dispersive beam combining element of the optical arrangement may have various configurations
  • the beam combination element can in particular be a diffraction grating, for example a
  • Reflection diffraction grating or transmission diffraction grating In one embodiment, this is
  • Beam unification element a reflection diffraction grating, so that the optical axis is angled to the object space.
  • the beam combining element may comprise at least one prism or grating prism (GRISM), wherein the
  • Grid prism is a combination of a diffraction grating and a prism.
  • the beam combining element is a multiple prism, the optical axis preferably not changing its direction. It is also possible that the beam combining element a Prism or a multiple prism is and changes the direction of the optical axis in the direction of the object space targeted.
  • the wavelength dispersive beam combining element may be disposed between the fiber scanner or mirror scanner and the object space.
  • Wavelength dispersive beam combining element between the multi-core fiber and the mirror scanner to be arranged Wavelength dispersive beam combining element between the multi-core fiber and the mirror scanner to be arranged.
  • the optical arrangement may be in addition to those hitherto
  • the optical assembly includes
  • the fiber scanner a gradient index lens (GRIN lens), the wavelength-sensitive deflecting element and a front lens group facing the object space, the
  • the optical arrangement includes a spherical achromat, a biconvex lens and a plano-convex lens.
  • the optical arrangement includes a
  • a GRIN lens a deflection prism, a spherical meniscus lens, a spherical achromatic lens, the wavelength-sensitive deflection element and a
  • Front lens group for example, a spherical lens group
  • Achromat, a biconvex lens and a plano-convex lens has.
  • the numerical aperture of the multicore fiber is the numerical aperture of the multicore fiber.
  • the numerical aperture of the optical arrangement to the object space is preferably between 0.2 and 1.1.
  • the optical arrangement has a diameter of less than 5 mm.
  • the small diameter is made possible in particular by the fact that the optical arrangement between the multi-core fiber and the object space only one beam path for the
  • the invention furthermore relates to an endoscopic probe which contains the optical arrangement.
  • Endoscopic probe may be part of a fiber optic endomicroscope, in particular the fiber optic
  • Probe an illumination light source for generating the first and second illumination light and an evaluation unit.
  • Illumination light and the second illumination light are spatially superimposed by a wavelength-dispersive beam combination element in an object space. That from the
  • Object space coming object light is guided in a light-conducting jacket of the multi-core fiber in the direction of an evaluation.
  • the multi-core fiber is advantageously integrated into a fiber scanner which moves the fiber perpendicular to the fiber
  • Discharges exit direction of the light, or the multicore fiber follows a mirror scanner, wherein the object space is scanned by the movement of the fiber scanner or the mirror scanner.
  • the multi-core fiber and the object space advantageously only a single optical Beam path formed in which the first and second
  • Illumination light are guided in the direction of the object space, and in which the object light in the opposite direction to
  • the spectroscopic imaging method may be CARS spectroscopy or SRS spectroscopy, wherein the first illumination light has the pump wavelength and the second illumination light has the Stokes wavelength.
  • 1A is a schematic representation of a cross section through a first example of the multi-core fiber
  • Figure 1B is a schematic diagram of the
  • Figure IC is a schematic diagram of the
  • Figure ID is a schematic representation of a cross section through another example of the multi-core fiber
  • Figures 2 to 10 are each a schematic representation of a cross section through an example of the optical arrangement.
  • optical arrangement and the method according to the principle proposed here are based in particular on
  • FIG. 1A An example of a multi-core fiber 7 is shown in FIG. 1A.
  • FIG. 1B schematically shows the course of the refractive index n over the cross section of the multicore fiber in the direction x, which is shown in FIG. 1A.
  • the multi-core fiber 7 has two fiber cores 1, 2.
  • the first fiber core 1 carries a first illumination light, in particular the light of the pump wavelength for CARS spectroscopy or SRS spectroscopy.
  • the second fiber core 2 carries a second illumination light having a wavelength different from the wavelength of the first illumination light, in particular the light of the Stokes wavelength for CARS spectroscopy or SRS spectroscopy.
  • Both fiber cores 1, 2 preferably have different diameters or materials in order to ensure singlemodidity and, at the same time, good light guidance for the respective wavelength.
  • the fiber cores 1, 2 are made of undoped quartz glass, this reduces unwanted multiphoton intrinsic fluorescence in the fiber and thus ensures better contrast, for example, for multiphoton fluorescence microscopy.
  • the photoconductive jacket 4 can be efficiently used for integrally collecting the object light, for example the CARS, SHG or fluorescence signal of a sample, which is generated in a non-linear imaging process.
  • the photoconductive jacket 4 is surrounded by an outer jacket 5, which has a lower refractive index than the
  • the multi-core fiber 7 is preferably one
  • a polarization maintaining fiber is advantageous for a nonlinear imaging process because the use of polarized light minimizes the required peak intensity and thus reduces damage to the object to be examined.
  • polarization-maintaining property of the multi-core fiber 7 can in particular by the insertion of voltage-generating Elements 6 can be achieved, which is an asymmetric
  • Figure IC shows the refractive index profile in one
  • Cloak 3 The light pipe in the fiber cores 1, 2 is realized by the higher refractive index with respect to the photoconductive jacket 4, which is realized for example with the aid of a dopant such as germanium.
  • Multi-core fiber 7 shown.
  • the two fiber cores 1, 2 are arranged asymmetrically in the multi-core fiber 7, in particular eccentrically to the photoconductive
  • Beam union element 12 is deflected so that it does not hit the fiber end face centric.
  • spectroscopic imaging method is shown in FIG.
  • the spectroscopic imaging method for example, the light of a
  • Multi-core fiber 7 coupled.
  • the multi-core fiber 7 emits the light of the two wavelengths with a certain NA and a spatial offset corresponding to the distance between the first fiber core 1 and the second fiber core 2.
  • a subsequent collimating lens 11 leads to a
  • Beam union element 12 is spatially and angularly superimposed.
  • a subsequent front lens group 13 now focuses the beams of the illumination light with a sufficiently high NA in the object space 14 to those for the
  • Object space generated to be detected object light can
  • the object light is returned in the optical arrangement on the same beam path and integrallyassemblingsamme11 of the photoconductive jacket of the multi-core fiber 7.
  • the distal end of multicore fiber 7 is provided with a fiber scanner (not shown) in the example of Figure 2 to deflect the multicore fiber.
  • a fiber scanner (not shown) in the example of Figure 2 to deflect the multicore fiber.
  • the object space 14 is scanned in accordance with the magnification of the optical arrangement.
  • coincident movement of the photoconductive jacket of the multi-core fiber 7 it functions as a quasi-confocal optical detector for the signal emitted by the sample in volume around the excitation spot.
  • the photoconductive sheath 4 of the multi-core fiber 7 is designed, the confocality can be influenced. For a high
  • the object light of the sample to be detected differs in wavelength from the wavelengths of the illumination light guided in the fiber cores 1, 2, the object light is also deflected by the wavelength-dispersive beam combination element 12 so that it does not strike the fiber end face centrically. Thereby, the collection efficiency of the multi-core fiber 7 for the object light can be impaired. Therefore, it may be advantageous, the area of the two fiber cores 1 and 2 eccentrically to
  • a photomultiplier tube For imaging, for example, a photomultiplier tube (PMT) or a spectrometer, which in coordination with the
  • Stimulation signal is triggered at the proximal end of the
  • Multi-core fiber 7 can be used as a detector of the light emitted by the sample. It is advantageous that no second beam path in the optical arrangement is necessary to collect the object light, and also no cleaning filter in the optical arrangement must be used, as the
  • FIG. 7 A second example of the optical arrangement is shown in FIG.
  • the multicore fiber 7 follows a collimation unit 8 and a mirror scanner 9.
  • the mirror scanner 9 is a MEMS mirror scanner.
  • Wavelength-dispersive beam combination element 12 and the front lens group 13 is passed into the object space 14.
  • the first and second illumination light in particular the light of
  • Beam union element 12 spatially and angularly united.
  • the beam combining element 12 may be a linear diffraction grating.
  • the position of the beam combining element 12 can be chosen differently in this design of the optical arrangement since there are two Fourier planes in this arrangement.
  • the beam combination element 12 can be arranged correspondingly either directly after the collimation unit 8 or after the further collimation unit 11.
  • FIG. 4 shows a further example of the optical arrangement.
  • the collimating unit 11 is designed as a GRIN lens and collimates in the optical arrangement the illumination light, which emerges as a fiber scanner
  • Beam combining element 12 which is for example a linear transmission diffraction grating and a
  • Wavelength-dependent diffraction angle generated spatially and angularly superimposed.
  • chromatic and other aberrations over the field-correcting front lens group 13, which consists of, for example, an achromatic lens and two spherical singlet lenses, focuses the light with a numerical aperture of, for example, about 0.54 into the object space 14 in which it is focused the spectroscopic imaging,
  • non-linear CARS process comes on a sample.
  • an NA of at least 0.15 is advantageous in order to ensure in particular the condition of momentum conservation.
  • the generated signal is subsequently returned to the same path
  • Beam union element 12 can be found:
  • grating period g (f * dl) / a.
  • the grating period g is given in ym per line, f is the focal length of the collimation unit 11,
  • Dl corresponds to the wavelength difference between the pump and Stokes wavelengths
  • a corresponds to the distance between the centers of the two fiber cores 1, 2.
  • FIG. 5 shows a further example of the optical arrangement in which the wavelength-dispersive
  • Beam union element 12 is realized by a two-component prism.
  • the prism consists of a crown and a flint glass and is designed to produce the required wavelength-selective angular offset while maintaining the direction of the optical axis.
  • FIG. 6 and FIG. 7 show further examples of the optical arrangement, which are essentially analogous to those of FIGS.
  • the multicore fiber 7 is fastened to a GRIN lens functioning as a collimation unit 8.
  • a prism By means of a prism, a 90 ° deflected, collimated beam of the
  • Illumination light is scanned by a MEMS mirror scanner 9 and focused into an intermediate image by a lens group 10 that corrects for chromatic aberration.
  • a lens group 10 that corrects for chromatic aberration.
  • FIG. shows the possibility of an angled measurement using a prism as Wavelength dispersive beam combining element 12.
  • beam deflection by the prism is 35 degrees.
  • the collimating unit 11 in this example is a lens group consisting of a GRIN lens and a doublet lens, and the front lens group 13 is formed of two singlet lenses.
  • the collimating unit 11 may be a lens group consisting of a GRIN lens and a lens
  • Doublet lens, and the front lens group 13 is formed of two singlet lenses.
  • the wavelength dispersive beam combining element 12 in this example is a linear reflection diffraction grating disposed at 45 degrees to the optical axis and, for example, one
  • Fig. 10 is an example of the optical arrangement
  • the beam combining element 12 is a grating prism (GRISM) consisting of a grating prism
  • Wavelength dispersive beam combining element 12 as in the examples of Figures 4 and 6, or a double prism 12, as in the examples of Figures 5 and 7, or by the combination of a grid and a prism as in the example of Figure 10 possible.
  • the optical axis may also be advantageous for the optical axis to be tilted within the optical arrangement, for example in the case of an endoscopic probe which is laterally oriented
  • wavelength-dispersive beam combining element 12 as
  • Reflection diffraction grating as in the example of Figure 9, to realize, or by a deflection prism, as in the example of Figure 8, to realize.

Abstract

The invention relates to an optical arrangement for a spectroscopic imaging method, comprising a multi-core fibre (7), which has at least one first fibre core (1) for guiding a first illuminating light and a second fibre core (2) for guiding a second illuminating light, and a wavelength-dispersive beam-combining element (12), which is designed to spatially superpose the first illuminating light and the second illuminating light in an object space (14). A spectroscopic imaging method comprising the optical arrangement is also described.

Description

Beschreibung description
Optische Anordnung für ein spektroskopisches bildgebendes Verfahren und spektroskopisches bildgebendes Verfahren Optical arrangement for a spectroscopic imaging method and spectroscopic imaging method
Die Anmeldung betrifft eine optische Anordnung für ein spektroskopisches bildgebendes Verfahren. Weiterhin betrifft die Anmeldung ein spektroskopisches bildgebendes Verfahren, bei dem die optische Anordnung verwendet wird. The application relates to an optical arrangement for a spectroscopic imaging method. Furthermore, the application relates to a spectroscopic imaging method in which the optical arrangement is used.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 112 253.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. This patent application claims the priority of German Patent Application 10 2018 112 253.5, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
Die optische Anordnung kann insbesondere für eine The optical arrangement can be used in particular for a
endoskopische Sonde vorgesehen sein, welche für die be provided for the endoscopic probe
spektroskopische Bildgebung an voluminösen Proben, z. B. spectroscopic imaging on bulky samples, e.g. B.
lebendem biologischem Gewebe, ausgelegt ist. Als bildgebendes Verfahren kann insbesondere ein nichtlinearer, living biological tissue. As an imaging method, in particular a non-linear,
spektroskopischer Prozess verwendet werden, im speziellen kohärente Anti-Stokes Raman-Streuung (CARS, Coherent Anti- Stokes Raman Scattering) oder stimulierte Raman-Streuung (SRS, stimulated Raman Scattering) . Um diese Modalität zu ermöglichen, müssen zwei Lichtpulse hoher Spitzenintensität und verschiedener Frequenz zeitgleich an demselben Ort in der Probe überlagert werden. in particular, coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS, Coherent anti-Stokes Raman scattering) or stimulated Raman scattering (SRS, stimulated Raman scattering). To enable this modality, two high peak intensity and different frequency light pulses must be simultaneously superimposed at the same location in the sample.
Aus der Druckschrift US 7,414,729 B2 ist eine endoskopische Sonde für CARS-Spektroskopie bekannt, bei der das From the document US Pat. No. 7,414,729 B2 an endoscopic probe for CARS spectroscopy is known in which the
Beleuchtungslicht mit zwei verschiedenen Wellenlängen, der Pump- und Stokes-Wellenlänge, durch dieselbe optische Faser zur Probe geführt werden. Bei der Führung der Pump- und Stokes-Wellenlänge in einer einzigen Faser kann das Problem auftreten, dass die Illuminating light of two different wavelengths, the pump and Stokes wavelength, are passed through the same optical fiber to the sample. In guiding the pump and Stokes wavelength in a single fiber, the problem may arise that the
zeitgleiche Überlagerung der hoch-intensiven Lichtpulse zu einem nichtlinearen Vierwellenmischprozess führt, bei welchem Licht erzeugt wird, welches die gleiche optische Frequenz wie das zu messende Signal der Probe besitzt. Erreicht dieser intensitätsreiche, nichtresonante Untergrund die zu simultaneous superposition of the high-intensity light pulses leads to a non-linear four-wave mixing process in which light is generated which has the same optical frequency as the signal to be measured of the sample. Achieve this high-intensity, non-resonant underground to
untersuchende Probe, ist eine Unterscheidbarkeit zu dem zu messenden, intensitätsarmen Signal der Probe nicht mehr möglich. Daher ist es zwingend erforderlich, einen examining sample, it is no longer possible to distinguish it from the low-intensity signal of the sample to be measured. Therefore, it is imperative to have a
Kurzpassfilter oder Bandpassfilter in den Strahlengang zu setzen, welcher optisch undurchlässig für den nichtresonanten Untergrund ist und nur die Pump- und Stokes-Wellenlänge zur Probe leitet. Einher geht hiermit jedoch, dass auch das CARS- Signal von der Probe nicht durch den gleichen Strahlengang von der Probe zur Faser gesammelt werden kann, was einen zweiten Strahlengang zur Kollektion des Probensignals mit der Anti-Stokes-Wellenlänge erfordert und somit der Short-pass filter or bandpass filter to put in the beam path, which is optically opaque to the non-resonant ground and passes only the pump and Stokes wavelength to the sample. However, it can be concluded that also the CARS signal from the sample can not be collected by the same beam path from the sample to the fiber, which requires a second beam path for the collection of the sample signal with the anti-Stokes wavelength and thus the
Miniaturisierung des Systems Grenzen setzt. Miniaturization of the system sets limits.
Der Erfindung liegt gemäß einem Aspekt die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung für ein spektroskopisches The invention is in one aspect the object of an optical arrangement for a spectroscopic
bildgebendes Verfahren anzugeben, welche die Problematik des Auftretens eines nichtlinearen Vierwellenmischprozesses vermeidet und gleichzeitig einen kompakten Aufbau aufweist. Weiterhin soll ein spektroskopisches bildgebendes Verfahren angegeben werden, das von der optischen Anordnung Gebrauch macht . specify imaging method, which avoids the problem of the occurrence of a non-linear four-wave mixing process and at the same time has a compact design. Furthermore, a spectroscopic imaging method is to be given, which makes use of the optical arrangement.
Diese Aufgaben werden durch eine optische Anordnung für ein spektroskopisches bildgebendes Verfahren und ein These objects are achieved by an optical arrangement for a spectroscopic imaging method and a
spektroskopisches bildgebendes Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. spectroscopic imaging method according to independent claims solved. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die optische Anordnung für ein spektroskopisches bildgebendes Verfahren eine Mehrkern-Faser, die mindestens einen ersten Faserkern zur Führung eines ersten Beleuchtungslichts und einen zweiten Faserkern zur Führung eines zweiten Beleuchtungslichts aufweist. Die Faser ist insbesondere als Doppelkernfaser ausgebildet und kann somit vorteilhaft gleichzeitig das erste Beleuchtungslicht und das zweite Beleuchtungslicht führen, wobei das erste Beleuchtungslicht und das zweite In accordance with at least one embodiment, the optical arrangement for a spectroscopic imaging method comprises a multicore fiber which has at least one first fiber core for guiding a first illumination light and a second fiber core for guiding a second illumination light. The fiber is designed in particular as a double-core fiber and can thus advantageously simultaneously guide the first illumination light and the second illumination light, the first illumination light and the second illumination light
Beleuchtungslicht insbesondere verschiedene Wellenlängen aufweisen. Die Faserkerne weisen vorzugsweise verschiedene Durchmesser und/oder verschiedene Materialien auf. Auf diese Weise kann die Singlemodigkeit und gleichzeitig eine gute Lichtführung für die jeweilige Wellenlänge gewährleistet werden . Illumination light in particular have different wavelengths. The fiber cores preferably have different diameters and / or different materials. In this way, the Singlemodigkeit and at the same time a good light guide for each wavelength can be ensured.
Zum Abtasten des Objektraums weist die Mehrkern-Faser gemäß einer Ausgestaltung der optischen Anordnung einen For scanning the object space, the multi-core fiber has one according to an embodiment of the optical arrangement
Faserscanner zur Auslenkung der Mehrkern-Faser auf. Der Fiber scanner for the deflection of the multi-core fiber. Of the
Faserscanner kann beispielsweise als Piezo-Scanner ausgeführt sein. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung folgt der Fiber scanner can be designed for example as a piezo scanner. According to an alternative embodiment follows the
Mehrkern-Faser ein Spiegelscanner nach. Der Spiegelscanner kann insbesondere als MEMS-Scanner ausgeführt sein. Durch den Faserscanner oder den Spiegelscanner wird eine zeitabhängige Strahlablenkung realisiert, welche die Bildgebung ermöglicht. Multi-core fiber after a mirror scanner. The mirror scanner can be designed in particular as a MEMS scanner. Through the fiber scanner or the mirror scanner, a time-dependent beam deflection is realized, which allows the imaging.
Weiterhin umfasst die optische Anordnung ein Furthermore, the optical arrangement comprises a
wellenlängendispersives Strahlvereinigungselement, das dazu eingerichtet ist, das erste Beleuchtungslicht und das zweite Beleuchtungslicht in einem Objektraum räumlich und angular zu überlagern. Die optische Anordnung kann Bestandteil einer mikroskopischen Anordnung sein, insbesondere kann die wavelength-dispersive beam combining element configured to spatially and angularly confine the first illuminating light and the second illuminating light in an object space overlap. The optical arrangement can be part of a microscopic arrangement, in particular the
optische Anordnung in eine endoskopische Sonde integriert sein, die Bestandteil eines faseroptischen Endomikroskops ist . optical arrangement be integrated into an endoscopic probe that is part of a fiber optic endomicroscope.
Dadurch, dass das erste Beleuchtungslicht und das zweite Beleuchtungslicht in der optischen Anordnung durch Characterized in that the first illumination light and the second illumination light in the optical arrangement by
verschiedene Faserkerne der Mehrkern-Faser geführt werden, wird vorteilhaft ein nichtlinearer Vierwellen-Mischprozess , der bei der Lichtführung beider Wellenlänge in der gleichen Faser auftreten kann, verhindert. Gleichzeitig ist different fiber cores of the multi-core fiber are guided, a non-linear four-wave mixing process, which can occur in the light guide of both wavelengths in the same fiber, is advantageously prevented. At the same time
vorteilhaft kein weiterer Strahlengang in einer zweiten Faser erforderlich, sodass die optische Anordnung einen besonders kompakten Aufbau aufweisen kann. advantageously no further beam path in a second fiber is required, so that the optical arrangement can have a particularly compact construction.
Das spektroskopisch bildgebende Verfahren, für das die optische Anordnung vorgesehen ist, kann insbesondere CARS- Spektroskopie oder SRS-Spektroskopie sein. Bei dem Verfahren werden zwei Lichtpulse des ersten Beleuchtungslichts und des zweiten Beleuchtungslichts mit verschiedenen Wellenlängen zeitgleich an demselben Ort einer Probe in dem Objektraum überlagert . The spectroscopic imaging method for which the optical arrangement is provided may be in particular CARS spectroscopy or SRS spectroscopy. In the method, two light pulses of the first illumination light and the second illumination light having different wavelengths are simultaneously superimposed on the same location of a sample in the object space.
In dem ersten Faserkern wird insbesondere das erste In the first fiber core, in particular, the first
Beleuchtungslicht der Pumpwellenlänge und in dem zweiten Faserkern das zweite Beleuchtungslicht der Stokes-Wellenlänge geführt. Durch die separate Führung der Pumpwellenlänge und der Stokes-Wellenlänge in den beiden Faserkernen wird der unerwünschte Vierwellen-Mischprozess ausreichend Illumination light of the pump wavelength and guided in the second fiber core, the second illumination light of the Stokes wavelength. By separately guiding the pump wavelength and the Stokes wavelength in the two fiber cores, the undesirable four-wave mixing process becomes sufficient
unterdrückt. Das erste Beleuchtungslicht und das zweite suppressed. The first illumination light and the second
Beleuchtungslicht werden insbesondere von einer Lighting light are in particular of a
Laserlichtquelle erzeugt und in ein vom Objektraum abgewandtes Ende der Mehrkern-Faser eingekoppelt. Der Laser light source generated and in one of the object space opposite end of the multi-core fiber coupled. Of the
Frequenzunterschied der beiden Wellenlängen wird vorteilhaft so auf eine nachzuweisende molekülintrinsische Frequency difference of the two wavelengths is advantageous so to be detected molecular trinsische
Vibrationsschwingung der Probe abgestimmt, dass er diese kohärent treibt und zur Emission einer dritten Wellenlänge, der Anti-Stokes-Wellenlänge führt, die für die Vibration vibration of the sample tuned that he coherently drives them and leads to the emission of a third wavelength, the anti-Stokes wavelength, for the
spektroskopische Bildgebung genutzt wird. Weiterhin erlaubt das vorgestellte Prinzip die simultane Bildgebung spectroscopic imaging is used. Furthermore, the principle presented allows simultaneous imaging
zusätzlicher nichtlinearer Bildgebungsprozesse wie die additional nonlinear imaging processes such as
Höherharmonischen-Mikroskopie sowie Multiphotonenfluoreszenz- Mikroskopie . Higher Harmonic Microscopy and Multiphoton Fluorescence Microscopy.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das According to an advantageous embodiment that is
wellenlängenselektive Strahlvereinigungselement zwischen dem Faserscanner oder dem Spiegelscanner und dem Objektraum angeordnet. In diesem Fall werden das erste Beleuchtungslicht und das zweite Beleuchtungslicht zum Abtasten des Objektraums abgelenkt, bevor sie durch das wellenlängenselektive wavelength-selective beam combining element between the fiber scanner or the mirror scanner and the object space arranged. In this case, the first illumination light and the second illumination light are deflected to scan the object space before passing through the wavelength-selective
Strahlvereinigungselement, beispielsweise ein Gitter oder ein Prisma, vereinigt werden. Das erste Beleuchtungslicht und das zweite Beleuchtungslicht werden durch den Faserscanner oder den Spiegelscanner insbesondere in gleicher Weise abgelenkt, wobei das nachfolgendende wellenlängenselektive Beam union element, such as a grid or a prism, are combined. The first illumination light and the second illumination light are deflected by the fiber scanner or the mirror scanner in particular in the same way, wherein the following wavelength-selective
Strahlvereinigungselement vorteilhaft unbewegt ist. Beam union element is advantageously unmoved.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Kollimationslinse zwischen dem Faserscanner oder dem Spiegelscanner und dem wellenlängenselektiven Strahlvereinigungselement angeordnet. Die Kollimationslinse kann eine einteilige oder mehrteilige Linse sein. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Kollimationslinse eine Gradientenindex-Linse (GRIN-Linse) .In one embodiment, a collimating lens is disposed between the fiber scanner or the mirror scanner and the wavelength-selective beam combining element. The collimating lens may be a one-piece or multi-part lens. In a preferred embodiment, the collimating lens comprises a gradient index lens (GRIN lens).
Für die Strahlvereinigung des ersten und zweiten For the beam combination of the first and second
Beleuchtungslichts mittels des wellenlängenselektiven Strahlvereinigungselements ist es vorteilhaft, wenn eine zumindest annähernde Kollimation der Beleuchtungslichter beider Wellenlängen vor dem wellenlängenselektiven Lighting light by means of the wavelength-selective Beam unification element, it is advantageous if an at least approximate collimation of the illumination lights of both wavelengths before the wavelength-selective
Strahlvereinigungselement erfolgt. Aus einem örtlichen Beam union element takes place. From a local
Versatz des ersten und zweiten Beleuchtungslichts beim Offset of the first and second illumination light during
Austritt aus der Mehrkern-Faser kann beispielsweise mittels der Kollimationslinse ein Winkelversatz erzeugt werden. Das wellenlängenselektive Strahlvereinigungselement befindet sich vorteilhaft in der Fourierebene der Abbildungsoptik hinter dem Faserscanner oder Spiegelscanner, also insbesondere hinter der Kollimationslinse . Exit from the multi-core fiber, for example, by means of the collimating lens, an angular offset can be generated. The wavelength-selective beam combination element is advantageously located in the Fourier plane of the imaging optics behind the fiber scanner or mirror scanner, that is, in particular behind the collimating lens.
Die hier beschriebene optische Anordnung ermöglicht eine sehr gute beugungsbegrenzte Abbildungsqualität für die CARS- Bildgebung über ein vergleichsweise großes Bildfeld bezogen auf den Gesamtdurchmesser der optischen Anordnung. The optical arrangement described here allows a very good diffraction-limited imaging quality for the CARS imaging over a comparatively large field of view based on the overall diameter of the optical arrangement.
Insbesondere werden Abbildungsfehler höherer Ordnung, die das nutzbare Bildfeld einschränken könnten, durch die optische Anordnung weitgehend vermieden. In particular, higher-order aberrations that could limit the usable image field are largely avoided by the optical arrangement.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der optischen According to an advantageous embodiment of the optical
Anordnung enthält die Mehrkern-Faser einen lichtleitenden Mantel zur Führung eines aus dem Objektraum kommenden Arrangement, the multi-core fiber contains a light-conducting jacket for guiding a coming out of the object space
Obj ektlichts , wobei der lichtleitende Mantel von einem äußeren Mantel umgeben ist, der einen geringeren Obj ectlichts, wherein the photoconductive sheath is surrounded by an outer sheath, the lower one
Brechungsindex als der lichtleitende Mantel aufweist. In der Mehrkern-Faser wird insbesondere nicht nur das Refractive index has as the photoconductive sheath. In the multi-core fiber, not only the
Beleuchtungslicht in Richtung des Objektraums, sondern vorteilhaft auch das zu detektierende Objektlicht in Illumination light in the direction of the object space, but advantageously also the object light to be detected in
entgegengesetzter Richtung zu einer Auswerteeinheit geführt. opposite direction led to an evaluation unit.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Mehrkern- Faser einen inneren Mantel auf, in dem die Faserkerne angeordnet sind, wobei der innere Mantel von dem lichtleitenden Mantel umgeben ist. Der innere Mantel weist vorteilhaft einen geringeren Brechungsindex als die According to an advantageous embodiment, the multi-core fiber has an inner jacket, in which the fiber cores are arranged, wherein the inner jacket is surrounded by the photoconductive jacket. The inner jacket advantageously has a lower refractive index than that
Faserkerne und einen geringeren Brechungsindex als der lichtleitende Mantel auf. Durch den inneren Mantel kann insbesondere eine Single-Mode-Lichtleiteigenschaft der beiden Faserkerne erzielt werden. Der innere Mantel kann Fiber cores and a lower refractive index than the photoconductive sheath on. In particular, a single-mode light-conducting property of the two fiber cores can be achieved by the inner jacket. The inner coat can
insbesondere mit Fluor dotiert sein. Der lichtleitende in particular be doped with fluorine. The light-conducting
Mantel, der zwischen dem inneren Mantel und dem äußeren Coat, between the inner coat and the outer coat
Mantel angeordnet ist und einen höheren Brechungsindex aufweist, kann effizient zum Sammeln des Objektlichts genutzt werden . Sheath is arranged and has a higher refractive index can be used efficiently for collecting the object light.
Die Faserkerne der Mehrkern-Faser sind vorzugsweise aus The fiber cores of the multi-core fiber are preferably made
Quarzglas gebildet. Der innere Mantel und der äußere Mantel der Mehrkern-Faser können mit einem Dotierstoff wie Quartz glass formed. The inner cladding and outer cladding of the multicore fiber may be doped with a dopant
beispielsweise Fluor dotiert sein, um die Brechzahl zu erniedrigen. Der lichtleitende Mantel weist vorzugsweise reines Quarzglas auf oder ist zur Erhöhung der Brechzahl mit einem dazu geeigneten Dotierstoff wie z.B. Germaniumoxid dotiert . For example, be fluorine doped to lower the refractive index. The photoconductive jacket preferably comprises pure quartz glass or, for increasing the refractive index, is doped with a dopant suitable thereto, e.g. Doped germanium oxide.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Mehrkern- Faser eine polarisationserhaltende Faser. Zur Erzielung der polarisationserhaltenen Eigenschaft kann die Mehrkern-Faser insbesondere spannungserzeugende Elemente enthalten, welche durch Erzeugen einer permanenten Spannung eine According to an advantageous embodiment, the multicore fiber is a polarization-maintaining fiber. In order to obtain the polarization-conserved property, the multicore fiber may in particular contain voltage-generating elements which generate a permanent voltage by generating a permanent voltage
doppelbrechende Eigenschaft bewirken. Die cause birefringent property. The
spannungserzeugenden Elemente können beispielsweise For example, voltage-generating elements may
stabförmig sein. be bar-shaped.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Mehrkern-Faser sind die Faserkerne asymmetrisch in der Mehrkern-Faser angeordnet. Insbesondere sind die Faserkerne bei dieser Ausgestaltung asymmetrisch zum Mittelpunkt der Mehrkern-Faser angeordnet. Beispielsweise können die Faserkerne verschiedene Abstände vom Mittelpunkt der Mehrkern-Faser aufweisen. Weiterhin können die Faserkerne vom Mittelpunkt der Mehrkern-Faser aus gesehen in der gleichen radialen Richtung hintereinander angeordnet sein. Je nachdem, wie stark sich das zu According to a further embodiment of the multi-core fiber, the fiber cores are arranged asymmetrically in the multi-core fiber. In particular, the fiber cores in this embodiment are arranged asymmetrically to the center of the multi-core fiber. For example, the fiber cores may have different distances from the center of the multi-core fiber. Furthermore, the fiber cores may be arranged one behind the other in the same radial direction as viewed from the center of the multi-core fiber. Depending on how strong this is
detektierende Objektlicht von der Probe in der Wellenlänge von den Wellenlängen des in den Faserkernen geführten Detecting object light from the sample in the wavelength of the wavelengths of the guided in the fiber cores
Beleuchtungslichts unterscheidet, wird auch das Objektlicht durch das wellenlängendispersive Strahlvereinigungselement abgelenkt, so dass es nicht zentrisch auf die Illuminating light differs, the object light is deflected by the wavelength-dispersive beam combination element, so that it is not centric on the
Faserstirnfläche trifft. Dadurch kann die Sammeleffizienz der Faser für das Objektlicht beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, die Faserkerne asymmetrisch in der Mehrkern-Faser anzuordnen, insbesondere außermittig zum lichtleitenden Mantel.  Fiber end face meets. As a result, the collection efficiency of the fiber for the object light can be impaired. For this reason, it may be advantageous to dispose the fiber cores asymmetrically in the multicore fiber, in particular eccentrically to the photoconductive jacket.
Das wellenlängendispersive Strahlvereinigungselement der optischen Anordnung kann verschiedene Ausgestaltungen The wavelength dispersive beam combining element of the optical arrangement may have various configurations
aufweisen. Das Strahlvereinigungselement kann insbesondere ein Beugungsgitter, beispielsweise ein respectively. The beam combination element can in particular be a diffraction grating, for example a
Reflexionsbeugungsgitter oder Transmissionsbeugungsgitter sein. Bei einer Ausgestaltung ist das  Reflection diffraction grating or transmission diffraction grating. In one embodiment, this is
Strahlvereinigungselement ein Reflexionsbeugungsgitter, so dass die optische Achse zum Objektraum abgewinkelt ist.  Beam unification element a reflection diffraction grating, so that the optical axis is angled to the object space.
Alternativ kann das Strahlvereinigungselement mindestens ein Prisma oder Gitterprisma (GRISM) aufweisen, wobei das Alternatively, the beam combining element may comprise at least one prism or grating prism (GRISM), wherein the
Gitterprisma eine Kombination aus einem Beugungsgitter und einem Prisma ist. Bei einer weiteren Ausgestaltung ist das Strahlvereinigungselement ein Mehrfach-Prisma, wobei die optische Achse ihre Richtung vorzugsweise nicht ändert. Es ist auch möglich, dass das Strahlvereinigungselement ein Prisma oder ein Mehrfach-Prisma ist und sich die Richtung der optischen Achse in Richtung des Objektraums gezielt ändert. Das wellenlängendispersive Strahlvereinigungselement kann zum Beispiel zwischen dem Faserscanner oder Spiegelscanner und dem Objektraum angeordnet sein. Alternativ kann das Grid prism is a combination of a diffraction grating and a prism. In a further embodiment, the beam combining element is a multiple prism, the optical axis preferably not changing its direction. It is also possible that the beam combining element a Prism or a multiple prism is and changes the direction of the optical axis in the direction of the object space targeted. For example, the wavelength dispersive beam combining element may be disposed between the fiber scanner or mirror scanner and the object space. Alternatively, the
wellenlängendispersive Strahlvereinigungselement zwischen der Mehrkernfaser und dem Spiegelscanner angeordnet sein. Wavelength dispersive beam combining element between the multi-core fiber and the mirror scanner to be arranged.
Die optische Anordnung kann zusätzlich zu den bisher The optical arrangement may be in addition to those hitherto
beschriebenen Komponenten weitere Elemente enthalten. Bei einer Ausgestaltung enthält die optische Anordnung components described contain other elements. In one embodiment, the optical assembly includes
beispielsweise den Faserscanner, eine Gradientenindex-Linse (GRIN-Linse) , das wellenlängensensitive Ablenkelement sowie eine dem Objektraum zugewandte Frontlinsengruppe, die For example, the fiber scanner, a gradient index lens (GRIN lens), the wavelength-sensitive deflecting element and a front lens group facing the object space, the
beispielsweise einen sphärischen Achromat, eine Bikonvex- Linse und eine Plankonvex-Linse aufweist. Bei einer anderen Ausgestaltung enthält die optische Anordnung einen For example, a spherical achromat, a biconvex lens and a plano-convex lens. In another embodiment, the optical arrangement includes a
Spiegelscanner, eine GRIN-Linse, ein Ablenkprisma, eine sphärischen Meniskuslinse, einen sphärischen Achromaten, das wellenlängensensitive Ablenkelement und eine Mirror scanner, a GRIN lens, a deflection prism, a spherical meniscus lens, a spherical achromatic lens, the wavelength-sensitive deflection element and a
Frontlinsengruppe, die beispielsweise einen sphärischen Front lens group, for example, a spherical
Achromat, eine Bikonvex-Linse und eine Plankonvex-Linse aufweist . Achromat, a biconvex lens and a plano-convex lens has.
Die numerische Apertur der Mehrkern-Faser beträgt The numerical aperture of the multicore fiber is
vorzugsweise zwischen 0,05 und 0,4. Die numerische Apertur der optischen Anordnung zum Objektraum beträgt vorzugsweise zwischen 0,2 und 1,1. preferably between 0.05 and 0.4. The numerical aperture of the optical arrangement to the object space is preferably between 0.2 and 1.1.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die optische Anordnung einen Durchmesser von weniger als 5 mm auf. Der geringe Durchmesser wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass die optische Anordnung zwischen der Mehrkern-Faser und dem Objektraum nur einen Strahlengang für das According to an advantageous embodiment, the optical arrangement has a diameter of less than 5 mm. The small diameter is made possible in particular by the fact that the optical arrangement between the multi-core fiber and the object space only one beam path for the
Beleuchtungslicht und das zu detektierende Objektlicht aufweist . Has illumination light and the object light to be detected.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine endoskopische Sonde, welche die optische Anordnung enthält. Die The invention furthermore relates to an endoscopic probe which contains the optical arrangement. The
endoskopische Sonde kann Bestandteil eines faseroptischen Endomikroskops sein, das insbesondere die faseroptische Endoscopic probe may be part of a fiber optic endomicroscope, in particular the fiber optic
Sonde, eine Beleuchtungslichtquelle zur Erzeugung des ersten und zweiten Beleuchtungslichts und eine Auswerteeinheit aufweist . Probe, an illumination light source for generating the first and second illumination light and an evaluation unit.
Bei dem spektroskopischen bildgebenden Verfahren gemäß dem hierin vorgeschlagenen Prinzip wird ein erstes In the spectroscopic imaging method according to the principle proposed herein, a first
Beleuchtungslicht in einem ersten Faserkern einer Mehrkern- Faser und ein zweites Beleuchtungslicht in einem zweiten Faserkern der Mehrkern-Faser geführt, wobei das erste Led illumination light in a first fiber core of a multi-core fiber and a second illumination light in a second fiber core of the multi-core fiber, wherein the first
Beleuchtungslicht und das zweite Beleuchtungslicht Illumination light and the second illumination light
verschiedene Wellenlängen aufweisen. Das erste have different wavelengths. The first
Beleuchtungslicht und das zweite Beleuchtungslicht werden durch ein wellenlängendispersives Strahlvereinigungselement in einem Objektraum räumlich überlagert. Das aus dem Illumination light and the second illumination light are spatially superimposed by a wavelength-dispersive beam combination element in an object space. That from the
Objektraum kommende Objektlicht wird in einem lichtleitenden Mantel der Mehrkern-Faser in Richtung einer Auswerteeinheit geführt . Object space coming object light is guided in a light-conducting jacket of the multi-core fiber in the direction of an evaluation.
Bei dem Verfahren ist die Mehrkern-Faser vorteilhaft in einen Faserscanner integriert, der die Faser senkrecht zur In the method, the multi-core fiber is advantageously integrated into a fiber scanner which moves the fiber perpendicular to the fiber
Austrittsrichtung des Lichtes auslenkt, oder der Mehrkern- Faser folgt ein Spiegelscanner nach, wobei der Objektraum durch die Bewegung des Faserscanners oder des Spiegelscanners abgetastet wird. Hierbei ist zwischen der Mehrkern-Faser und dem Objektraum vorteilhaft nur ein einziger optischer Strahlengang ausgebildet, in dem das erste und zweite Discharges exit direction of the light, or the multicore fiber follows a mirror scanner, wherein the object space is scanned by the movement of the fiber scanner or the mirror scanner. In this case, between the multi-core fiber and the object space advantageously only a single optical Beam path formed in which the first and second
Beleuchtungslicht in Richtung des Objektraums geführt werden, und in dem das Objektlicht in umgekehrter Richtung zur Illumination light are guided in the direction of the object space, and in which the object light in the opposite direction to
Mehrkern-Faser geführt wird. Das spektroskopische bildgebende Verfahren kann insbesondere CARS-Spektroskopie oder SRS- Spektroskopie sein, wobei das erste Beleuchtungslicht die Pumpwellenlänge aufweist und das zweite Beleuchtungslicht die Stokes-Wellenlänge aufweist. Multi-core fiber is guided. In particular, the spectroscopic imaging method may be CARS spectroscopy or SRS spectroscopy, wherein the first illumination light has the pump wavelength and the second illumination light has the Stokes wavelength.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung der optischen Anordnung und Further advantageous embodiments of the method will become apparent from the description of the optical arrangement and
umgekehrt . vice versa .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von The invention will be described below with reference to
Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 10 näher erläutert.  Embodiments in connection with the figures 1 to 10 explained in more detail.
Es zeigen: Show it:
Figur 1A eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein erstes Beispiel der Mehrkern-Faser, 1A is a schematic representation of a cross section through a first example of the multi-core fiber,
Figur 1B eine schematische grafische Darstellung des Figure 1B is a schematic diagram of the
Brechungsindexverlaufs in der Mehrkern-Faser gemäß dem ersten Beispiel , Refractive index profile in the multi-core fiber according to the first example,
Figur IC eine schematische grafische Darstellung des Figure IC is a schematic diagram of the
Brechungsindexverlaufs in einem weiteren Beispiel der Refractive index profile in another example of the
Mehrkern-Faser, Multi-core fiber,
Figur ID eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein weiteres Beispiel der Mehrkern-Faser, Figuren 2 bis 10 jeweils eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Beispiel der optischen Anordnung. Figure ID is a schematic representation of a cross section through another example of the multi-core fiber, Figures 2 to 10 are each a schematic representation of a cross section through an example of the optical arrangement.
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Identical or equivalent components are each provided with the same reference numerals in the figures. The
dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen . Components shown and the proportions of the components with each other are not to be regarded as true to scale.
Die optische Anordnung und das Verfahren gemäß dem hier vorgeschlagen Prinzip basieren insbesondere auf der The optical arrangement and the method according to the principle proposed here are based in particular on
Verwendung einer Mehrkern-Faser mit mehreren Mänteln, insbesondere einer Zweikern-Doppelmantel-Faser . Ein Beispiel einer Mehrkern-Faser 7 ist in Figur 1A gezeigt. Figur 1B zeigt schematisch den Verlauf des Brechungsindex n über den Querschnitt der Mehrkern-Faser in der Richtung x, welche in Figur 1A gezeigt ist. Use of a multi-core fiber with multiple sheaths, especially a dual-core double-sheath fiber. An example of a multi-core fiber 7 is shown in FIG. 1A. FIG. 1B schematically shows the course of the refractive index n over the cross section of the multicore fiber in the direction x, which is shown in FIG. 1A.
Die Mehrkern-Faser 7 besitzt zwei Faserkerne 1, 2. Der erste Faserkern 1 führt ein erstes Beleuchtungslicht, insbesondere das Licht der Pump-Wellenlänge für CARS-Spektroskopie oder SRS-Spektroskopie . Der zweite Faserkern 2 führt ein zweites Beleuchtungslicht, das eine von der Wellenlänge des ersten Beleuchtungslichts verschiedene Wellenlänge aufweist, insbesondere das Licht der Stokes-Wellenlänge für CARS- Spektroskopie oder SRS-Spektroskopie. The multi-core fiber 7 has two fiber cores 1, 2. The first fiber core 1 carries a first illumination light, in particular the light of the pump wavelength for CARS spectroscopy or SRS spectroscopy. The second fiber core 2 carries a second illumination light having a wavelength different from the wavelength of the first illumination light, in particular the light of the Stokes wavelength for CARS spectroscopy or SRS spectroscopy.
Vorzugsweise besitzen beide Faserkerne 1, 2 verschiedene Durchmesser oder Materialien, um die Singlemodigkeit und gleichzeitig gute Lichtführung für die jeweilige Wellenlänge zu gewährleisten. Falls die Faserkerne 1, 2 aus undotiertem Quarzglas gefertigt sind, vermindert dies außerdem die ungewünschte Multiphotonen-Eigenfluoreszenz in der Faser und gewährleistet damit einen besseren Kontrast, beispielsweise für die Multiphotonenfluoreszenz-Mikroskopie. Both fiber cores 1, 2 preferably have different diameters or materials in order to ensure singlemodidity and, at the same time, good light guidance for the respective wavelength. In addition, if the fiber cores 1, 2 are made of undoped quartz glass, this reduces unwanted multiphoton intrinsic fluorescence in the fiber and thus ensures better contrast, for example, for multiphoton fluorescence microscopy.
Diese beiden Faserkerne 1, 2 sind vorteilhaft in einen Fluor dotierten inneren Mantel 3 eingebettet, welcher einen These two fiber cores 1, 2 are advantageously embedded in a fluorine-doped inner shell 3, which has a
geringeren Brechungsindex besitzt als die beiden Faserkerne 1, 2. Auf diese Weise kann insbesondere eine single-mode Lichtleitungseigenschaft der beiden Faserkerne 1, 2 erzielt werden. Radial außerhalb vom inneren Mantel 3 folgt ein mittlerer Mantel, der bei der optischen Anordnung als lichtleitender Mantel 4 für das zu detektierende Objektlicht fungiert. Der lichtleitende Mantel 4 weist einen höheren Brechungsindex als der innere Mantel 3 auf und ist deshalb lichtleitend . Der lichtleitende Mantel 4 kann effizient zum integralen Sammeln des Obj ektlichts , beispielsweise des CARS-, SHG- oder Fluoreszenzsignals einer Probe genutzt werden, welches bei einem nichtlinearen Bildgebungsprozess erzeugt wird. has lower refractive index than the two fiber cores 1, 2. In this way, in particular a single-mode light conduction property of the two fiber cores 1, 2 can be achieved. Radially outside the inner shell 3 is followed by a middle jacket, which functions as a light-conducting jacket 4 for the object light to be detected in the optical arrangement. The light-conducting jacket 4 has a higher refractive index than the inner jacket 3 and is therefore light-conducting. The photoconductive jacket 4 can be efficiently used for integrally collecting the object light, for example the CARS, SHG or fluorescence signal of a sample, which is generated in a non-linear imaging process.
Der lichtleitende Mantel 4 ist von einem äußeren Mantel 5 umgeben, der einen geringeren Brechungsindex als der The photoconductive jacket 4 is surrounded by an outer jacket 5, which has a lower refractive index than the
lichtleitende Mantel 4 aufweist und so die Lichtleitung des erzeugten Objektlichts in dem lichtleitenden Mantel 4 ermöglicht . having light-conducting jacket 4 and thus allows the light conduction of the object light generated in the photoconductive jacket 4.
Die Mehrkern-Faser 7 ist vorzugsweise eine The multi-core fiber 7 is preferably one
polarisationserhaltende Faser. Eine polarisationserhaltende Faser ist für einen nichtlinearen Bildgebungsprozess von Vorteil, da die Verwendung von polarisiertem Licht die geforderte Spitzenintensität minimiert und somit Schädigungen am zu untersuchenden Objekt verringert. Die polarization-maintaining fiber. A polarization maintaining fiber is advantageous for a nonlinear imaging process because the use of polarized light minimizes the required peak intensity and thus reduces damage to the object to be examined. The
polarisationserhaltende Eigenschaft der Mehrkern-Faser 7 kann insbesondere durch das Einfügen von spannungserzeugenden Elementen 6 erreicht werden, welche eine asymmetrische polarization-maintaining property of the multi-core fiber 7 can in particular by the insertion of voltage-generating Elements 6 can be achieved, which is an asymmetric
Lichtleitungseigenschaft der Faserkerne 1, 2 hervorrufen. Cause light conduction property of the fiber cores 1, 2.
Figur IC zeigt den Brechungsindexverlauf in einer Figure IC shows the refractive index profile in one
alternativen Ausgestaltung der Mehrkern-Faser. Diese alternative embodiment of the multi-core fiber. This
Ausgestaltung der Mehrkern-Faser enthält keinen inneren Embodiment of the multi-core fiber contains no internal
Mantel 3. Die Lichtleitung in den Faserkernen 1, 2 wird durch den höheren Brechungsindex in Bezug auf den lichtleitenden Mantel 4 realisiert, der beispielsweise mit Hilfe eines Dotierstoffs wie zum Beispiel Germanium realisiert wird. Cloak 3. The light pipe in the fiber cores 1, 2 is realized by the higher refractive index with respect to the photoconductive jacket 4, which is realized for example with the aid of a dopant such as germanium.
In Figur ID ist eine weitere mögliche Ausgestaltung der In Figure ID is another possible embodiment of
Mehrkern-Faser 7 dargestellt. Bei diesem Beispiel sind die beiden Faserkerne 1, 2 asymmetrisch in der Mehrkern-Faser 7 angeordnet, insbesondere außermittig zum lichtleitenden Multi-core fiber 7 shown. In this example, the two fiber cores 1, 2 are arranged asymmetrically in the multi-core fiber 7, in particular eccentrically to the photoconductive
Mantel 4. Diese Anordnung der Faserkerne 1, 2 ist Sheath 4. This arrangement of the fiber cores 1, 2 is
insbesondere dann vorteilhaft, wenn das zu detektierende Objektlicht durch das wellenlängendispersive Especially advantageous if the object light to be detected by the wavelength dispersive
Strahlvereinigungselement 12 so abgelenkt wird, dass es nicht zentrisch auf die Faserstirnfläche trifft.  Beam union element 12 is deflected so that it does not hit the fiber end face centric.
Ein erstes Beispiel der optischen Anordnung für ein A first example of the optical arrangement for a
spektroskopisches bildgebendes Verfahren ist in Figur 2 dargestellt. Bei dem spektroskopischen bildgebenden Verfahren wird beispielsweise das Licht einer als spectroscopic imaging method is shown in FIG. In the spectroscopic imaging method, for example, the light of a
Beleuchtungslichtquelle dienenden externen Lasereinheit spektral geteilt und separat als erstes Beleuchtungslicht und zweites Beleuchtungslicht in die Faserkerne 1, 2 der  Spectrally divided and separately as first illumination light and second illumination light into the fiber cores 1, 2 of the illumination light source
Mehrkern-Faser 7 eingekoppelt. Die Mehrkern-Faser 7 emittiert das Licht der beiden Wellenlängen mit einer bestimmten NA und einem räumlichen Versatz, welcher dem Abstand zwischen dem ersten Faserkern 1 und dem zweiten Faserkern 2 entspricht. Eine nachfolgende Kollimationslinse 11 führt zu einer Multi-core fiber 7 coupled. The multi-core fiber 7 emits the light of the two wavelengths with a certain NA and a spatial offset corresponding to the distance between the first fiber core 1 and the second fiber core 2. A subsequent collimating lens 11 leads to a
annähernden Kollimation des Beleuchtungslichts beider approximate collimation of the illumination light of both
Wellenlängen. Der örtliche Versatz am Faseraustritt wird hier zu einem wellenlängenspezifischen Winkelversatz, welcher daraufhin von einem lateral wellenlängendispersiven Wavelengths. The local offset at the fiber exit here becomes a wavelength-specific angular offset, which is then of a laterally wavelength-dispersive
Strahlvereinigungselement 12 räumlich und angular überlagert wird. Eine darauf folgende Frontlinsengruppe 13 fokussiert nun die Strahlenbündel des Beleuchtungslichts mit einer ausreichend hohen NA im Objektraum 14 um die für die Beam union element 12 is spatially and angularly superimposed. A subsequent front lens group 13 now focuses the beams of the illumination light with a sufficiently high NA in the object space 14 to those for the
Bildgebungsprozesse geforderten Phasenanpassungsbedingungen und notwendigen Spitzenintensitäten zu erfüllen. Das im Imaging processes required phase matching conditions and necessary peak intensities to meet. The im
Objektraum erzeugte zu detektierende Objektlicht kann Object space generated to be detected object light can
insbesondere ein Antistokes-Signal, ein SHG-Signal (Second Harmonie Generation) und/oder ein TPF-Signal (Two-Photon Fluorescence) sein. Das Objektlicht wird in der optischen Anordnung auf dem gleichen Strahlengang zurückgeführt und von dem lichtleitenden Mantel der Mehrkern-Faser 7 integrativ aufgesamme11. in particular an antistokes signal, a second harmonic generation (SHG) signal and / or a two-photon fluorescence (TPF) signal. The object light is returned in the optical arrangement on the same beam path and integrally aufgesamme11 of the photoconductive jacket of the multi-core fiber 7.
Das distale Ende der Mehrkern-Faser 7 ist bei dem Beispiel der Figur 2 mit einem Faserscanner (nicht dargestellt) versehen, um die Mehrkern-Faser auszulenken. Durch eine laterale Auslenkung der Faserstirnfläche, z. B. durch einen Piezofaserscanner oder ein anderes geeignetes Verfahren, wird der Objektraum 14 entsprechend der Vergrößerung der optischen Anordnung abgetastet. Durch die übereinstimmende Bewegung des lichtleitenden Mantels der Mehrkern-Faser 7 fungiert diese als quasi-konfokaler optischer Detektor für das von der Probe im Volumen um den Anregungsspot emittierte Signal. Je nachdem wie groß und mit welcher numerischen Apertur der The distal end of multicore fiber 7 is provided with a fiber scanner (not shown) in the example of Figure 2 to deflect the multicore fiber. By a lateral deflection of the fiber end face, z. B. by a piezo fiber scanner or other suitable method, the object space 14 is scanned in accordance with the magnification of the optical arrangement. By coincident movement of the photoconductive jacket of the multi-core fiber 7, it functions as a quasi-confocal optical detector for the signal emitted by the sample in volume around the excitation spot. Depending on how big and with which numerical aperture the
lichtleitende Mantel 4 der Mehrkern-Faser 7 gestaltet ist, kann die Konfokalität beeinflusst werden. Für eine hohe photoconductive sheath 4 of the multi-core fiber 7 is designed, the confocality can be influenced. For a high
Sammeleffizienz sollte der mittlere lichtleitende Mantel 4 der Mehrkern-Faser 7 möglichst groß sein, damit auch das Volumen um den Anregungsspot herum, in dem das zu Collection efficiency should the middle photoconductive sheath 4th the multicore fiber 7 be as large as possible, so that the volume around the excitation spot, in which the
detektierende Objektlicht gestreut wird, durch den detecting object light is scattered by the
lichtleitenden Mantel mit erfasst wird. photoconductive jacket is detected.
Je nachdem, wie stark sich das zu detektierende Objektlicht der Probe in der Wellenlänge von den in den Faserkernen 1, 2 geführten Wellenlängen des Beleuchtungslichts unterscheidet, wird auch das Objektlicht durch das wellenlängendispersive Strahlvereinigungselement 12 abgelenkt, so dass es nicht zentrisch auf die Faserstirnfläche trifft. Dadurch kann die Sammeleffizienz der Mehrkern-Faser 7 für das Objektlicht beeinträchtigt werden. Deshalb kann es vorteilhaft sein, den Bereich der beiden Faserkerne 1 und 2 außermittig zum Depending on the extent to which the object light of the sample to be detected differs in wavelength from the wavelengths of the illumination light guided in the fiber cores 1, 2, the object light is also deflected by the wavelength-dispersive beam combination element 12 so that it does not strike the fiber end face centrically. Thereby, the collection efficiency of the multi-core fiber 7 for the object light can be impaired. Therefore, it may be advantageous, the area of the two fiber cores 1 and 2 eccentrically to
lichtleitenden Mantel 4 anzuordnen bzw. diesen asymmetrisch zu gestalten, wie beim Beispiel der Mehrkern-Faser 7 gemäß Figur ID. Andererseits werden dadurch der Herstellungsaufwand und im Fall einer Vergrößerung des Querschnitts auch die Steifigkeit der Mehrkern-Faser 7 erhöht, was eine räumliche Vergrößerung und einen erhöhten Energieverbrauch des Scanners nach sich zieht, um die notwendige laterale Auslenkung zur Abtastung des Objektraums 14 zu gewährleisten. Hier ist ein technisch sinnvoller Kompromiss zu finden. to arrange light-conducting jacket 4 or to make this asymmetric, as in the example of the multi-core fiber 7 according to FIG ID. On the other hand, this increases the production costs and, in the case of an enlargement of the cross section, the rigidity of the multicore fiber 7, which entails a spatial enlargement and an increased energy consumption of the scanner in order to ensure the necessary lateral deflection for scanning the object space 14. Here is a technically meaningful compromise to find.
Zur Bildgebung kann beispielsweise ein Photomultiplier (PMT) oder ein Spektrometer, welches in Abstimmung mit dem For imaging, for example, a photomultiplier tube (PMT) or a spectrometer, which in coordination with the
Anregungssignal getriggert ist, am proximalen Ende der Stimulation signal is triggered at the proximal end of the
Mehrkern-Faser 7 als Detektor des von der Probe emittierten Lichtes verwendet werden. Vorteilhaft ist, dass kein zweiter Strahlengang in der optischen Anordnung notwendig ist, um das Objektlicht zu sammeln, und auch keine Cleaningfilter in der optischen Anordnung verwendet werden müssen, da der Multi-core fiber 7 can be used as a detector of the light emitted by the sample. It is advantageous that no second beam path in the optical arrangement is necessary to collect the object light, and also no cleaning filter in the optical arrangement must be used, as the
unerwünschte Vierwellenmischprozess innerhalb der Mehrkern- Faser 7 durch die separate Führung des Beleuchtungslichts mit der Stokes-Wellenlänge und des Beleuchtungslichts mit der Pumpwellenlänge ausreichend unterdrückt wird. unwanted four-wave mixing process within the multi-core Fiber 7 is sufficiently suppressed by the separate guidance of the illumination light with the Stokes wavelength and the illumination light with the pump wavelength.
Ein zweites Beispiel der optischen Anordnung ist in Figur 3 dargestellt. Bei diesem Beispiel folgen der Mehrkern-Faser 7 eine Kollimationseinheit 8 und ein Spiegelscanner 9 nach. Der Spiegelscanner 9 ist ein MEMS-Spiegelscanner . Eine dem A second example of the optical arrangement is shown in FIG. In this example, the multicore fiber 7 follows a collimation unit 8 and a mirror scanner 9. The mirror scanner 9 is a MEMS mirror scanner. A the
Spiegelscanner 9 nachfolgende Linse 10 erzeugt ein Mirror scanner 9 subsequent lens 10 generates
Zwischenbild, welches anschließend von einer als weitere Kollimationseinheit 11 fungierenden Linsengruppe, dem Intermediate image, which is then of a functioning as a further collimation unit 11 lens group, the
wellenlängendispersiven Strahlvereinigungselement 12 und der Frontlinsengruppe 13 in den Objektraum 14 geleitet wird. Wavelength-dispersive beam combination element 12 and the front lens group 13 is passed into the object space 14.
Analog zu dem Beispiel der Figur 2 werden das erste und zweite Beleuchtungslicht, insbesondere das Licht der Analogous to the example of Figure 2, the first and second illumination light, in particular the light of
Pumpwellenlänge und Stokes-Wellenlänge, von dem Pump wavelength and Stokes wavelength, of which
Strahlvereinigungselement 12 räumlich und angular vereint.Beam union element 12 spatially and angularly united.
Das Strahlvereinigungselement 12 kann beispielsweise ein lineares Beugungsgitter sein. For example, the beam combining element 12 may be a linear diffraction grating.
Die Position des Strahlvereinigungselements 12 kann in diesem Design der optischen Anordnung unterschiedlich gewählt werden, da es zwei Fourierebenen in dieser Anordnung gibt.The position of the beam combining element 12 can be chosen differently in this design of the optical arrangement since there are two Fourier planes in this arrangement.
Das Strahlvereinigungselement 12 kann entsprechend entweder direkt nach der Kollimationseinheit 8 oder nach der weiteren Kollimationseinheit 11 angeordnet werden. The beam combination element 12 can be arranged correspondingly either directly after the collimation unit 8 or after the further collimation unit 11.
In Figur 4 ist ein weiteres Beispiel der optischen Anordnung gezeigt. Verwendet wird in diesem und jedem weiteren Beispiel eine Mehrkern-Faser 7. Bei der Mehrkern-Faser 7 sind die Mittelpunkte der beiden Faserkerne 1, 2 in der gezeigten Ebene beispielsweise 24 ym voneinander entfernt und weisen eine Numerische Apertur für die Pump- und Stokes-Wellenlänge von 0,12 auf. Die Kollimationseinheit 11 ist als GRIN-Linse ausgebildet und kollimiert in der optischen Anordnung das Beleuchtungslicht, welches aus der als Faserscanner FIG. 4 shows a further example of the optical arrangement. In the multi-core fiber 7, the centers of the two fiber cores 1, 2 in the plane shown, for example, 24 ym apart and have a numerical aperture for the pump and Stokes wavelength from 0.12 to. The collimating unit 11 is designed as a GRIN lens and collimates in the optical arrangement the illumination light, which emerges as a fiber scanner
ausgebildeten Mehrkern-Faser tritt. Anschließend wird das Beleuchtungslicht von dem wellenlängendispersiven trained multi-core fiber occurs. Subsequently, the illumination light from the wavelength-dispersive
Strahlvereinigungselement 12, das beispielsweise ein lineares Transmissionsbeugungsgitter ist und einen Beam combining element 12, which is for example a linear transmission diffraction grating and a
wellenlängenabhängigen Beugungswinkel erzeugt, räumlich und angular überlagert. Hierbei sind die Gitterlinien des Wavelength-dependent diffraction angle generated spatially and angularly superimposed. Here are the grid lines of
Transmissionsbeugungsgitters orthogonal zum räumlichen Transmission diffraction grating orthogonal to spatial
Versatz der Faserkerne 1, 2 angeordnet. Offset of the fiber cores 1, 2 arranged.
Eine anschließende, chromatische und andere Abbildungsfehler über das Bildfeld korrigierende Frontlinsengruppe 13, die zum Beispiel aus einem Achromaten und zwei sphärischen Singlet- Linsen besteht, fokussiert das Licht mit einer numerischen Apertur von beispielsweise etwa 0,54 in den Objektraum 14, in welchem es zu dem spektroskopischen bildgebenden, Subsequent chromatic and other aberrations over the field-correcting front lens group 13, which consists of, for example, an achromatic lens and two spherical singlet lenses, focuses the light with a numerical aperture of, for example, about 0.54 into the object space 14 in which it is focused the spectroscopic imaging,
nichtlinearen CARS-Prozess an einer Probe kommt. Dabei ist eine NA von mindestens 0,15 vorteilhaft, um insbesondere die Bedingung der Impulserhaltung zu gewährleisten. Das erzeugte Signal wird nachfolgend auf dem gleichen Weg zurück zur non-linear CARS process comes on a sample. In this case, an NA of at least 0.15 is advantageous in order to ensure in particular the condition of momentum conservation. The generated signal is subsequently returned to the same path
Mehrkern-Faser 7 geführt und durch den lichtleitenden Mantel 4 aufgesamme11. Guided multicore fiber 7 and aufgegesamme 11 through the photoconductive sheath.
Es kann eine Abschätzung für den paraxialen Fall nach It can post an estimate for the paraxial case
folgender Vorschrift für die Gitterperiode des als following regulation for the grid period of the
Transmissionsbeugungsgitter ausgebildeten Transmission diffraction grating trained
Strahlvereinigungselements 12 gefunden werden: Beam union element 12 can be found:
g = (f * Dl) / a. Die Gitterperiode g wird in ym pro Linie angegeben, f ist die Fokuslänge der Kollimationseinheit 11,g = (f * dl) / a. The grating period g is given in ym per line, f is the focal length of the collimation unit 11,
Dl entspricht der Wellenlängendifferenz zwischen der Pump- und Stokes-Wellenlänge, und a entspricht dem Abstand zwischen den Mittelpunkten der beiden Faserkerne 1, 2. In dem Dl corresponds to the wavelength difference between the pump and Stokes wavelengths, and a corresponds to the distance between the centers of the two fiber cores 1, 2. In the
gezeigten Beispiel ist f = 3, 92 mm, Dl = 245 nm und a = 24 ym, woraus sich eine Gitterperiode des f = 3, 92 mm, Dl = 245 nm and a = 24 ym, resulting in a grating period of
Strahlvereinigungselements 12 von 40 ym pro Linie ergibt.  Beam union element 12 of 40 ym per line.
In Figur 5 ist ein weiteres Beispiel der optischen Anordnung gezeigt, bei der das wellenlängendispersive FIG. 5 shows a further example of the optical arrangement in which the wavelength-dispersive
Strahlvereinigungselement 12 durch ein Zweikomponentenprisma realisiert wird. Das Prisma besteht aus einem Krön- und einem Flintglas und ist so gestaltet, dass es den geforderten, wellenlängenselektiven Winkelversatz erzeugt, hingegen die Richtung der optischen Achse beibehalten wird. Die  Beam union element 12 is realized by a two-component prism. The prism consists of a crown and a flint glass and is designed to produce the required wavelength-selective angular offset while maintaining the direction of the optical axis. The
Funktionsweise der weiteren Komponenten entspricht dem vorherigen Beispiel der Figur 4. Operation of the other components corresponds to the previous example of Figure 4.
Die Figur 6 und die Figur 7 zeigen weitere Beispiele der optischen Anordnung, die im Wesentlichen analog zu den FIG. 6 and FIG. 7 show further examples of the optical arrangement, which are essentially analogous to those of FIGS
Beispielen der Figuren 4 und 5 sind, hingegen unter Examples of Figures 4 and 5 are, however, under
Verwendung eines MEMS-Spiegelscanners 9, welcher den Using a MEMS mirror scanner 9, which the
Faserscanner ersetzt. In den Beispielen der Figuren 6 und 7 ist die Mehrkern-Faser 7 an einer als Kollimationseinheit 8 fungierenden GRIN-Linse befestigt. Mittels eines Prismas wird ein um 90° abgelenkter, kollimierter Strahl des Fiber scanner replaced. In the examples of FIGS. 6 and 7, the multicore fiber 7 is fastened to a GRIN lens functioning as a collimation unit 8. By means of a prism, a 90 ° deflected, collimated beam of the
Beleuchtungslichts erzeugt. Dieser Strahl des Illuminating light generated. This ray of
Beleuchtungslichts wird durch einen MEMS-Spiegelscanner 9 gescannt und durch eine chromatisch und über das Bildfeld korrigierende Linsengruppe 10 in ein Zwischenbild fokussiert. Hier beginnt ein analoger Aufbau, wie er in den Beispielen der Figuren 5 und 6 beschrieben wurde. Illumination light is scanned by a MEMS mirror scanner 9 and focused into an intermediate image by a lens group 10 that corrects for chromatic aberration. Here begins an analogous structure, as described in the examples of Figures 5 and 6.
Ein weiteres Beispiel der optischen Anordnung ist in Figur 8 dargestellt. Dieses zeigt die Möglichkeit einer abgewinkelten Messung unter Verwendung eines Prismas als wellenlängendispersives Strahlvereinigungselement 12. Bei diesem Beispiel erfolgt eine Strahlablenkung mittels des Prismas um 35 Grad. Die Kollimationseinheit 11 ist bei diesem Beispiel eine Linsengruppe, die aus einer GRIN-Linse und einer Doublet-Linse besteht, und die Frontlinsengruppe 13 ist aus zwei Singlet-Linsen gebildet. Another example of the optical arrangement is shown in FIG. This shows the possibility of an angled measurement using a prism as Wavelength dispersive beam combining element 12. In this example, beam deflection by the prism is 35 degrees. The collimating unit 11 in this example is a lens group consisting of a GRIN lens and a doublet lens, and the front lens group 13 is formed of two singlet lenses.
Ein weiteres Beispiel der optischen Anordnung ist in Figur 9 gezeigt, bei der eine rechtwinklige Strahlablenkung in Another example of the optical arrangement is shown in Figure 9, in which a rectangular beam deflection in
Richtung des Objektraums 14 erfolgt, wie sie in Direction of the object space 14 takes place, as in
endoskopischen Anwendungen von Vorteil sein kann. Wie bei dem vorherigen Beispiel kann die Kollimationseinheit 11 eine Linsengruppe sein, die aus einer GRIN-Linse und einer Endoscopic applications may be beneficial. As in the previous example, the collimating unit 11 may be a lens group consisting of a GRIN lens and a lens
Doublet-Linse besteht, und die Frontlinsengruppe 13 ist aus zwei Singlet-Linsen gebildet. Das wellenlängendispersive Strahlvereinigungselement 12 ist bei diesem Beispiel ein lineares Reflexionsbeugungsgitter, welches unter 45 Grad zur optischen Achse angeordnet ist und beispielsweise eine Doublet lens, and the front lens group 13 is formed of two singlet lenses. The wavelength dispersive beam combining element 12 in this example is a linear reflection diffraction grating disposed at 45 degrees to the optical axis and, for example, one
Gitterperiode von 55,5 ym pro Linie aufweist. Grating period of 55.5 ym per line.
In Figur 10 ist ein Beispiel der optischen Anordnung In Fig. 10 is an example of the optical arrangement
dargestellt, bei der das Strahlvereinigungselement 12 ein Gitterprisma (GRISM, grating prism) ist, das aus einer in which the beam combining element 12 is a grating prism (GRISM) consisting of a grating prism
Kombination aus einem Beugungsgitter und einem Prisma Combination of a diffraction grating and a prism
besteht. Dies bietet die Möglichkeit, den spektralen Verlauf der Bündelablenkung so zu beeinflussen, dass das zu consists. This offers the possibility of influencing the spectral course of the beam deflection so that the
detektierende kurzwelligere Objektlicht von der Probe Detecting short-wavelength object light from the sample
seitlich nicht zu stark abgelenkt wird und effizient durch den lichtleitenden Mantel der Mehrkern-Faser 7 aufgesammelt werden kann, insbesondere dann, wenn der lichtleitende Mantel 4 symmetrisch zu den Faserkernen (wie in Figur 1A) angeordnet ist . Oft ist es günstig, dass die optische Achse der optischen Anordnung nicht gekippt wird. Dies ist insbesondere durch die Verwendung eines Transmissionsgitters als is deflected laterally too strong and can be efficiently collected by the photoconductive sheath of the multi-core fiber 7, especially when the photoconductive sheath 4 is arranged symmetrically to the fiber cores (as in Figure 1A). Often it is favorable that the optical axis of the optical arrangement is not tilted. This is in particular through the use of a transmission grating as
wellenlängendispersives Strahlvereinigungselement 12, wie in den Beispielen der Figuren 4 und 6, oder eines Doppelprismas 12, wie in den Beispielen der Figuren 5 und 7, oder durch die Kombination aus einem Gitter und einem Prisma wie im Beispiel der Figur 10 möglich. Unter Umständen kann es aber auch vorteilhaft sein, dass die optische Achse innerhalb der optischen Anordnung gekippt wird, beispielsweise bei einer endoskopischen Sonde, die seitlich orientierte Wavelength dispersive beam combining element 12, as in the examples of Figures 4 and 6, or a double prism 12, as in the examples of Figures 5 and 7, or by the combination of a grid and a prism as in the example of Figure 10 possible. Under certain circumstances, however, it may also be advantageous for the optical axis to be tilted within the optical arrangement, for example in the case of an endoscopic probe which is laterally oriented
Probenbereiche, z. B. während einer Endoskopie, erfassen soll. In diesem Fall ist es günstig, das Sample areas, z. B. during an endoscopy, should capture. In this case, it is convenient that
wellenlängendispersive Strahlvereinigungselement 12 als wavelength-dispersive beam combining element 12 as
Reflexionsbeugungsgitter, wie im Beispiel der Figur 9, zu realisieren, oder durch ein Ablenkprisma, wie im Beispiel der Figur 8, zu realisieren. Reflection diffraction grating, as in the example of Figure 9, to realize, or by a deflection prism, as in the example of Figure 8, to realize.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the includes
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Invention every new feature as well as every combination of
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Features, which includes in particular any combination of features in the claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly in the
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Claims or embodiments is given.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optische Anordnung für ein spektroskopisches 1. Optical arrangement for a spectroscopic
bildgebendes Verfahren, umfassend: Imaging process comprising:
- eine Mehrkern-Faser (7), die mindestens einen ersten  - A multi-core fiber (7), the at least one first
Faserkern (1) zur Führung eines ersten Beleuchtungslichts und einen zweiten Faserkern (2) zur Führung eines zweiten A fiber core (1) for guiding a first illumination light and a second fiber core (2) for guiding a second
Beleuchtungslichts aufweist, wobei die Mehrkern-Faser (7) einen Faserscanner zur Auslenkung der Mehrkern-Faser (7) aufweist oder der Mehrkern-Faser (7) ein Spiegelscanner (9) nachfolgt, und Having illumination light, wherein the multi-core fiber (7) has a fiber scanner for the deflection of the multi-core fiber (7) or the multi-core fiber (7) follows a mirror scanner (9), and
- ein wellenlängendispersives Strahlvereinigungselement (12), das dazu eingerichtet ist, das erste Beleuchtungslicht und das zweite Beleuchtungslicht in einem Objektraum (14)  a wavelength-dispersive beam combining element (12) adapted to illuminate the first illumination light and the second illumination light in an object space (14)
räumlich zu überlagern. spatially superimpose.
2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, 2. Optical arrangement according to claim 1,
wobei das spektroskopische bildgebende Verfahren CARS- Spektroskopie oder SRS-Spektroskopie ist. wherein the spectroscopic imaging method is CARS spectroscopy or SRS spectroscopy.
3. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden 3. Optical arrangement according to one of the preceding
Ansprüche, Claims,
wobei das wellenlängenselektive Strahlvereinigungselement (12) zwischen dem Faserscanner oder dem Spiegelscanner (9) und dem Objektraum (14) angeordnet ist. wherein the wavelength-selective beam combining element (12) is arranged between the fiber scanner or the mirror scanner (9) and the object space (14).
4. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden 4. Optical arrangement according to one of the preceding
Ansprüche, Claims,
wobei eine Kollimationslinse (11) zwischen dem Faserscanner oder dem Spiegelscanner (9) und dem wellenlängenselektiven Strahlvereinigungselement (12) angeordnet ist. wherein a collimating lens (11) is disposed between the fiber scanner or the mirror scanner (9) and the wavelength-selective beam combining element (12).
5. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden 5. Optical arrangement according to one of the preceding
Ansprüche, wobei die Mehrkern-Faser (7) einen lichtleitenden Mantel (4) zur Führung eines aus dem Objektraum (14) Claims, wherein the multicore fiber (7) has a light-conducting jacket (4) for guiding one out of the object space (14)
kommenden Objektlichts umfasst, wobei der lichtleitende Coming object light includes, wherein the light-conducting
Mantel (4) von einem äußeren Mantel (5) umgeben ist, der einen geringeren Brechungsindex als der lichtleitende Mantel (4) aufweist. Jacket (4) is surrounded by an outer jacket (5) having a lower refractive index than the photoconductive jacket (4).
6. Optische Anordnung nach Anspruch 5, 6. Optical arrangement according to claim 5,
wobei die Mehrkern-Faser (7) einen inneren Mantel (3) umfasst, in dem die Faserkerne (1, 2) angeordnet sind, wobei der innere Mantel (3) von dem lichtleitenden Mantel (4) umgeben ist und einen geringeren Brechungsindex als die wherein the multicore fiber (7) comprises an inner cladding (3) in which the fiber cores (1, 2) are arranged, the inner cladding (3) being surrounded by the photoconductive cladding (4) and having a lower refractive index than that of FIG
Faserkerne (1, 2) und einen geringeren Brechungsindex als der lichtleitende Mantel (4) aufweist. Fiber cores (1, 2) and a lower refractive index than the photoconductive sheath (4).
7. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden 7. Optical arrangement according to one of the preceding
Ansprüche, wobei die Mehrkern-Faser (7) eine Claims, wherein the multi-core fiber (7) a
polarisationserhaltende Faser für das in den Faserkernen (1, 2) geführte erste und zweite Beleuchtungslicht ist. polarization maintaining fiber for the first and second illumination light guided in the fiber cores (1, 2).
8. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden 8. Optical arrangement according to one of the preceding
Ansprüche, wobei die Faserkerne (1, 2) asymmetrisch in der Mehrkern-Faser (7) angeordnet sind. Claims, wherein the fiber cores (1, 2) are arranged asymmetrically in the multi-core fiber (7).
9. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden 9. Optical arrangement according to one of the preceding
Ansprüche, wobei das wellenlängendispersive Claims, wherein the wavelength dispersive
Strahlvereinigungselement (12) ein Beam union element (12)
Transmissionsbeugungsgitter, ein Reflexionsbeugungsgitter, ein Prisma oder ein Gitterprisma umfasst.  Transmission diffraction grating, a reflection diffraction grating, a prism or a grid prism comprises.
10. Optische Anordnung nach einem der vorhergehenden 10. Optical arrangement according to one of the preceding
Ansprüche, wobei die optische Anordnung einen Durchmesser von weniger als 5 mm aufweist. Claims, wherein the optical arrangement has a diameter of less than 5 mm.
11. Endoskopische Sonde, umfassend eine optische Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10. 11. An endoscopic probe comprising an optical arrangement according to one of claims 1 to 10.
12. Spektroskopisches bildgebendes Verfahren, bei dem 12. Spectroscopic imaging method, in which
- ein erstes Beleuchtungslicht in einem ersten Faserkern (1) einer Mehrkern-Faser (7) und ein zweites Beleuchtungslicht in einem zweiten Faserkern (2) der Mehrkern-Faser (7) geführt werden, wobei das erste Beleuchtungslicht und das zweite Beleuchtungslicht verschiedene Wellenlängen aufweisen,  - A first illumination light in a first fiber core (1) of a multi-core fiber (7) and a second illumination light in a second fiber core (2) of the multi-core fiber (7) are guided, wherein the first illumination light and the second illumination light have different wavelengths .
- das erste Beleuchtungslicht und das zweite  the first illumination light and the second
Beleuchtungslicht durch ein wellenlängendispersives Illumination light through a wavelength-dispersive
Strahlvereinigungselement (12) in einem Objektraum (14) räumlich überlagert werden, wobei die Mehrkern-Faser (7) als Faserscanner ausgebildet ist oder der Mehrkern-Faser (7) ein Spiegelscanner (9) nachfolgt, und wobei der Objektraum (14) durch die Bewegung des Faserscanners oder des Spiegelscanners (9) abgetastet wird, und Beam union element (12) in an object space (14) are spatially superimposed, wherein the multi-core fiber (7) is designed as a fiber scanner or the multi-core fiber (7) follows a mirror scanner (9), and wherein the object space (14) through the Movement of the fiber scanner or the mirror scanner (9) is scanned, and
- ein aus dem Objektraum (14) kommendes Objektlicht in einem lichtleitenden Mantel (4) der Mehrkern-Faser (7) in Richtung einer Auswerteeinheit geführt wird.  - A from the object space (14) coming object light in a photoconductive jacket (4) of the multi-core fiber (7) is guided in the direction of an evaluation unit.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das 13. The method of claim 12, wherein the
wellenlängenselektive Strahlvereinigungselement (12) zwischen dem Faserscanner oder dem Spiegelscanner (9) und dem Wavelength-selective beam combining element (12) between the fiber scanner or the mirror scanner (9) and the
Objektraum (14) angeordnet ist. Object space (14) is arranged.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, 14. The method according to claim 12 or 13,
wobei zwischen der Mehrkern-Faser (7) und dem Objektraum (14) ein einziger optischer Strahlengang ausgebildet ist, in dem das erste und zweite Beleuchtungslicht in Richtung des Objektraums geführt werden, und in dem das Objektlicht in umgekehrter Richtung zur Mehrkern-Faser (7) geführt wird. wherein between the multi-core fiber (7) and the object space (14), a single optical beam path is formed, in which the first and second illumination light in the direction of Object space are guided, and in which the object light in the opposite direction to the multi-core fiber (7) is guided.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das spektroskopische bildgebende Verfahren CARS- Spektroskopie oder SRS-Spektroskopie ist. 15. The method according to any one of claims 12 to 14, wherein the spectroscopic imaging method is CARS spectroscopy or SRS spectroscopy.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das erste Beleuchtungslicht eine Pumpwellenlänge aufweist und das zweite Beleuchtungslicht eine Stokes- Wellenlänge aufweist. 16. The method of claim 12, wherein the first illumination light has a pump wavelength and the second illumination light has a Stokes wavelength.
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