CN102047150B - 较高阶色散补偿设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种较高阶色散补偿设备(210)，该设备适于与光学部件配对(P1，P2)(例如棱镜配对)协作，所述光学部件被设置成通过在空间上分开不同的波长而补偿一阶色散。所述补偿设备(210)具有相位板的形式，其中通过在板的相应位置(x)设计高度(h)以便基本上补偿较高阶色散来调节对于每个波长的相位变化。本发明有利于获得一种较高阶色散补偿设备，其构造和使用相对简单，使得它成为相当成本有效的设备。本发明还涉及用于补偿色散的相应光学系统和方法，其中这在例如多光子成像系统中是重要的。

Description

较高阶色散补偿设备

技术领域

本发明涉及例如其中低色散重要的多光子成像系统中的较高阶色散补偿设备。本发明还涉及具有较高阶色散补偿设备的光学系统以及用于补偿光学系统中的较高阶色散的方法。

背景技术

像基于双光子吸收或者二次谐波生成(SHG)的成像那样的多光子显微术正变得越来越多地用于医疗成像和其他种类的成像。在多光子显微术中，信号与焦点位置处光脉冲的时间宽度成反比。因此，极为重要的是尽可能地最小化脉冲宽度。扫描多光子显微镜中诸如物镜或扫描头之类的大多数光学元件将引起材料色散，即折射率的波长依赖性。光脉冲越短，光谱带宽越大，并且因而色散效应越大。渡越时间(transit time)的变化与波长的函数关系由材料色散量M描述，其与折射率对波长的二阶导数有关：

$M=\frac{{\mathrm{\λ}}^{3}l}{2\mathrm{\π}{c}^2}\frac{{\∂}^{2}n}{{\∂\mathrm{\λ}}^2}$

c为光在空气中的速度，λ为波长，l为光学材料的厚度并且n为折射率。在正常色散状况下，二阶导数为正，这意味着对于较短波长比对于较长波长要花费更长时间穿过一块玻璃。对于像BK7那样的标准玻璃，M/l为近似45fs²/mm，这意味着对于穿过10mm玻璃的具有比如0.1PHz(＝0.1fs^-1)的带宽的脉冲而言，脉宽的增加将为大约45fs。该脉宽展宽效应由下式更精确地描述：

$\mathrm{\Δt}={\mathrm{\τ}}_{\mathrm{FL}}\sqrt{1+{\left(\frac{M}{{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{FL}}^2}4\ln 2\right)}^2}$

其中τ_FL为傅立叶极限脉宽，即给定光源的光谱含量的情况下可能的最短脉宽。在这里，假设光谱具有高斯形状，其给出高斯时间分布。举例而言：在800nm的中心波长以及40nm的带宽下，光脉冲在其傅立叶极限中可能短至23.6fs。对于高斯分布而言，光谱带宽Δλ(强度的FWHM)与傅立叶极限脉宽之间的关系由下式给出：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{FL}}=\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{c}\frac{2\ln 2}{\mathrm{\π}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}^{-1}$

因此，由上可知，对于更大的带宽，色散更加重要。

对于大多数显微镜系统，所有光学元件的总色散相当于5000与7000fs²之间的值。由以上方程可以计算源的光谱带宽应当为多少。对于小的带宽而言，色散效应小，但是脉宽总是大的。对于非常大的带宽而言，没有色散的脉宽小，但是色散效应如此巨大，以致最终结果可能甚至比第一种情况更糟。要使用的最好的源是以下源：其具有这样的光谱带宽，使得在给定材料色散的情况下，脉冲按照√2展宽。对于大多数显微镜而言，这意味着要使用的最佳光学激光源具有大约100-200fs的脉宽。如今，大多数商业超快激光器处于该范围内。为了改善上述情形，需要拥有具有较短脉冲以及因而较大带宽的激光源，并且此外需要尽可能地补偿色散效应。在很大程度上，这可以利用一对棱镜和/或光栅配对来完成，参见R.L.Fork，C.H.Brito Cruz，P.C.Becker and C.V.Shank，“Compression of optical pulses to sixfemtoseconds using cubic phase compensation”，Optics Letters 12(7)(1987)pp 483-485。

在上文中，仅描述了线性色散效应。这意味着在光脉冲期间，平均频率随时间线性地增大或减小。(对于傅立叶极限脉冲而言，平均频率是恒定的)。原则上，可以出现比线性更高的阶。对于其中二次啁啾效应(chirp effect)限制色散补偿的棱镜配对而言，情况确实如此。瞬时频率等于光相位关于时间的一阶导数，线性啁啾与光相位关于时间的二次导数相应，并且二次啁啾与相位中的三次项相同。对于棱镜配对，这相当于：

$\frac{{\∂}^2\mathrm{\φ}}{{\∂\mathrm{\ω}}^3}={\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\πc}}\right)}^2\frac{12{\mathrm{l\λ}}^2}{c}[{\left(\frac{\∂n}{\∂\mathrm{\λ}}\right)}^2+\mathrm{\λ}\frac{\∂n}{\∂\mathrm{\λ}}\frac{{\∂}^{2}n}{{\∂\mathrm{\λ}}^2}]$

Fork等人也通过使用棱镜和/或光栅的组合证明了较高阶色散补偿，但这是一种相当庞大的解决方案。此外，附加的光学部件引起光损失并且只有三次项可以被补偿。

近来，出现了具有空间光调制器(SLM)的脉冲整形器，参见A.M.Weiner，“Femtosecond pulse shaping using spatial light modulators”Rev.Sci.Instr.71(2000)1929以获得评述。在脉冲整形器中，各个光谱成分成角度展开并且利用傅立叶透镜或镜在位置上展开。光束于是通过空间光调制器(SLM)发送。该后一种设备是液晶像素的线性阵列，即液晶设备。在每个像素处，可以通过施加适当的电压而调节折射率。由于每个像素与小的波长范围相应，因而原则上可以以任何函数形式在总的带宽上设置相位并且对其瞬时优化。SLM的缺点主要在于，每个像素处的相位摆动通常不大于2并且像素具有完全相同的尺寸。为了设置每个像素的相位，需要复杂的驱动电子器件，从而使得设备昂贵。此外，由于像素区域的一部分用于驱动电路，因而SLM和光栅造成光损失，从而降低可用的激光功率。

因此，一种改进的较高阶色散补偿设备将是有利的，特别是一种更高效和/或可靠的设备将是有利的。

发明内容

因此，本发明优选地寻求单独地或者以任意组合地缓解、减轻或者消除上述缺点中的一个或多个。特别地，可以视为本发明的目的的是提供一种高阶色散补偿设备，其解决现有技术的上述例如太庞大或者相当复杂的解决方案的问题。

在本发明的第一方面中，这个目的和若干其他目的通过提供一种较高阶色散补偿设备来获得，该设备适于与光学部件配对协作，所述光学部件被设置成通过在空间上分开不同的波长而补偿一阶色散，所述补偿设备具有相位板的形式，其中通过在板的相应位置设计高度以便基本上补偿较高阶色散来调节对于每个波长的相位变化。

本发明特别地但非排他性地有利于获得一种较高阶色散补偿设备，其构造和使用相对简单，使得它成为相当成本有效的设备。还应当指出的是，可以将对于每个波长引起的相位变化设置为大于2的值，这对于具有用于相位补偿的液晶设备的脉冲整形器而言通常是不可能的。本发明相对于具有液晶设备的脉冲整形器具有以下附加优点：板上高度分布中的阶梯宽度(与液晶器件中的像素相应)不必在整个波长范围上相同，即不同高度的宽度或展度(extension)可以在整个依照本发明的相位板上是不同的。

典型地，高度分布在整个相位板上的仅仅一个维度内变化，但是可以设想，对于一些光学应用而言，可能有利的是允许高度分布依赖于相位板的第二维，即在截面侧视图内看的相位板深度，参见下面的图4。

本发明可以有益地结合例如双棱镜补偿器中的一阶色散设置或者其中光栅和透镜的组合使用两次的设置而被应用。可替换地，本发明可以结合其中光栅和弯曲镜的组合使用两次的一阶色散设置而被应用。

在本发明的上下文中，可以在考虑相位的围绕固定圆周频率ω₀的熟悉的泰勒展开式时定义术语“较高阶”色散；

$\mathrm{\φ}=\mathrm{\φ}\left({\mathrm{\ω}}_0\right)+\frac{\mathrm{d\φ}}{\mathrm{d\ω}}{|}_{{\mathrm{\ω}}_0}(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)+$

$\frac{1}{2}\frac{d^2\mathrm{\φ}}{d{\mathrm{\ω}}^2}{|}_{{\mathrm{\ω}}_0}{(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)}^2+\frac{1}{6}\frac{d^3\mathrm{\φ}}{d{\mathrm{\ω}}^3}{|}_{{\mathrm{\ω}}_0}{(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)}^3+....$

相位的一阶导数与通过例如棱镜的时间延迟相应，而相位关于频率的二阶导数代表线性色散。一阶色散可以在通过材料的给定波长和距离下由材料色散量M量化，该量如引言中所解释的依赖于折射率关于波长的一阶导数的平方。该一阶色散可以利用适当地被设置用于该目的的常规的棱镜配对来补偿。在本发明的上下文中，较高阶色散相应地为上面泰勒展开式中源自相位

关于频率ω的三阶导数以及更高阶导数的项或者等效的不同表达式。

有益的是，高度与位置的函数(h(x))至少在板的一些部分上可以是基本上连续的函数。可替换地，所述设备至少在板的一些部分上可以具有基本上平面的后表面以及带有阶梯状高度的前表面。

典型地，高度与位置的函数(h(x))至少在板的一些部分上可以是单调递增的函数，按照其他选项，也可以根据光学设置而应用。有益的是，高度与位置的函数(h(x))至少在板的一些部分上可以近似为三次或更高次多项式。

在一个实施例中，所述设备可以适于与基本上相同的部件的配对协作。通常，相位变化

与整个设备上的位置x的函数以及高度与整个设备上的位置的函数h(x)之间的关系于是可以以下面的形式给出

其中函数F依赖于：

λ：波长

O_Pa：光路

RP：板与光学部件配对的相对位置，以及

O_Prop：光学部件配对的光学特性。

对于棱镜配对而言，所述光学部件配对的光学特性O_Prop于是可以包括棱镜的折射率n以及棱镜的顶角以获得高效地补偿较高阶色散的设备。

对于光栅配对而言，所述光学部件配对的光学特性O_Prop于是可以包括这些光栅的光栅常数k以获得高效地补偿较高阶色散的设备。

所述设备可以基本上以聚合体(优选地为PMMA、PC、COC)或者以一定类型的玻璃制造。可替换地，该设备可以利用可UV固化树脂在透明衬底上制造。

在第二方面中，本发明涉及一种用于补偿色散的光学系统；该系统包括：

-被设置成通过在空间上分开不同的波长而补偿一阶色散的光学部件配对，以及

-较高阶色散补偿设备，该补偿设备具有相位板的形式，其中通过在板的相应位置设计高度以便基本上补偿较高阶色散来调节对于每个波长的相位变化，

其中较高阶色散补偿设备适于通过考虑至少：

所述光学部件配对的光学特性，以及

较高阶色散补偿设备与所述光学部件配对之间的相对位置而与该光学部件配对协作。

有益的是，高度分布可以依赖于较高阶色散补偿设备与所述光学部件配对之间的相对位置，包括到每个光学部件的距离(l)和入射角(θ)。

在一个实施例中，所述光学部件配对可以是基本上相同的棱镜配对，并且该棱镜配对的光学特性包括折射率n和棱镜中折射率的依赖于波长的部分。在其他实施例中，可以应用光栅。

所述系统可以应用到利用非线性光学现象的光学成像系统中，例如应用到多光子成像系统或者二次谐波生成(SHG)成像系统中，其中较高阶色散是有关的。

在第三方面中，本发明涉及一种用于补偿色散的方法，该方法包括：

-提供被设置成通过在空间上分开不同的波长而补偿一阶色散的光学部件配对，以及

-提供较高阶色散补偿设备，该补偿设备具有相位板的形式，其中通过在板的相应位置设计高度以便基本上补偿较高阶色散来调节对于每个波长的相位变化，

该方法还包括使较高阶色散补偿设备适于通过考虑至少：

所述光学部件配对的光学特性，以及

较高阶色散补偿设备与所述光学部件配对之间的相对位置而与该光学部件配对协作。

本发明的第一、第二和第三方面中的每一个可以与任何其他方面结合。本发明的这些和其他方面根据以下描述的实施例将是清楚明白的并且将参照这些实施例进行阐述。

附图说明

现在将仅通过实例参照附图解释本发明，其中

图1为具有棱镜配对的一阶色散补偿系统的示意图，

图2为依照本发明的具有相位板的色散补偿系统的示意图，

图3为依照本发明的高阶色散补偿设备的示意性截面图，

图4和图5分别示出了在不添加和添加依照本发明的高阶色散补偿设备的情况下的光脉冲形式，

图6显示了结合图5使用的补偿设备的高度分布，

图7为依照本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1为辐射105光路被示出的具有棱镜配对P1和P2的一阶色散补偿系统100的示意图。该系统设置在其中辐射105a经过镜120的双通设置中。第一棱镜P1在角度上展开各个不同的波长，使得波长越长，其越多地穿过第二棱镜P2的玻璃。这具有与材料色散相反的效果。棱镜配对P1和P2的线性色散可以计算为：

$M=-\frac{2{\mathrm{\λ}}^{3}l}{\mathrm{\π}{c}^2}{\left(\frac{\∂n}{\∂\mathrm{\λ}}\right)}^2$

在这里，l为棱镜P1和P2的两个顶点之间的距离。应当注意负号以及出现棱镜折射率对于波长的一阶导数，使得所述效果对于棱镜的合理距离充分大这一事实。在穿过棱镜配对P1和P2之后，各个不同的光谱成分在光束直径方面在空间上展开。这不是所希望的；因此，可以使用处于第一棱镜配对P1和P2的镜像位置的第二配对(图1中未示出)，或者更好地利用图1中示出的镜110，光束105通过相同的棱镜P1和P2往回发送，即处于双通中。两种布置使得负色散两倍大。通常，使棱镜之间的距离太大，以便过度补偿系统其余部分的色散。可以通过在垂直于棱镜底部的方向上移动一个或两个棱镜P1和/或P2来调谐到近乎零色散。然后，根据方向增加或减少玻璃量，而不改变光束路径。通过这种方式，棱镜补偿器是灵活的且可应用到更多情形。

图2为依照本发明的具有相位板的色散补偿系统200的示意图。用于补偿色散的光学系统200包括与图1类似的被设置成通过在空间上分开不同的波长来补偿一阶色散的光学部件配对P1和P2。然而，如光学技术人员公知的，一阶补偿可替换地可以通过其他光学上等效的元件来实现，所述光学上等效的元件即光栅配对，每个光栅具有透镜或弯曲镜，参见R.L.Fork，C.H.Brito Cruz，P.C.Becker and C.V.Shank，“Compression of optical pulses to six femtoseconds using cubic phasecompensation”，Optics Letters 12(7)(1987)pp 483-485，该文献通过引用全部合并于此。

较高阶色散补偿设备210被引入到光路中，该补偿设备具有相位板的形式，其中通过在板210的相应位置设计高度以便基本上补偿较高阶色散来调节对于每个波长λ的相位变化

所述较高阶色散即相位的泰勒展开式中的项

$\frac{1}{6}\frac{d^3\mathrm{\φ}}{d{\mathrm{\ω}}^3}{|}_{{\mathrm{\ω}}_0}{(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)}^3+\frac{1}{24}\frac{d^4\mathrm{\φ}}{d{\mathrm{\ω}}^4}{|}_{{\mathrm{\ω}}_0}{(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)}^4$

以及另外的更高阶项。

较高阶色散补偿设备210适于通过考虑所述光学部件配对(即棱镜P1和P2)的光学特性O_Prop(即棱镜的折射率n)而与该光学部件配对协作。典型地，这两个光学部件是相同的或者基本上相同的，但是情况不必总是如此。较高阶色散补偿设备210与光学部件配对P1和P2之间的相对位置RP也被考虑，尽管设备210沿着光路的线性移位通常不改变设备210与棱镜之间的协作。不用说，也应当考虑到来的辐射105的实际波长。在该截面视图中，所述设备具有基本上平面的后表面211以及带有阶梯状高度的前表面212。

较高阶色散补偿设备210有益地基本上以相对于光束205的布儒斯特角定位。棱镜P1和P2也可以是布儒斯特棱镜以便最小化损耗。设备210也可以附接或定位成基本上邻近镜220或者在棱镜P2上，如果设备210被设计用于该目的的话。

图3为依照本发明的高阶色散补偿设备210的示意性截面图，该设备适于与被设置成通过在空间上分开不同的波长而补偿一阶色散的光学部件配对P1和P2(图3中未示出)协作，该补偿设备具有相位板的形式，其中通过在板的相应位置x设计高度h以便基本上补偿较高阶色散来调节对于每个波长的相位变化。高度与位置的函数h(x)，即高度分布，通常至少在板210的一些部分上是单调递增的函数，并且优选地，高度与位置的函数h(x)至少在板210的一些部分上近似为三次或更高次多项式。然而，对于实际应用而言，所述设备可以通过阶梯状高度330实现以便于制造。然而，每个阶梯330之间的高度差不应当太粗糙。典型的尺寸可以是10mm的水平宽度x，而竖直高度差大约为40个波长，即对于750nm波长为30微米。

对于如图1中所示的棱镜配对，二次啁啾效应可以限制色散补偿。瞬时频率等于光相位关于时间的一阶导数，线性啁啾与光相位关于时间的二次导数相应，并且二次啁啾与相位中的三次项相同。对于棱镜配对，这相当于：

$\frac{{\∂}^3\mathrm{\φ}}{{\∂\mathrm{\ω}}^3}={\left(\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\πc}}\right)}^2\frac{12l{\mathrm{\λ}}^2}{c}[{\left(\frac{\∂n}{\∂\mathrm{\λ}}\right)}^2+\mathrm{\λ}\frac{\∂n}{\∂\mathrm{\λ}}\frac{{\∂}^{2}n}{\∂{\mathrm{\λ}}^2}]$

在一个实例中，色散补偿器，其中棱镜由SF66玻璃制成并且它们的距离为350mm。可以补偿的最大线性色散量为13000fs²(fs＝飞秒＝10^-15s)，其对于大多数显微镜系统基本上是足够的。然而，较高阶色散相当于近似41000fs³。这一切的效果相当于以下所述：利用具有800nm的中心波长λ以及40nm的带宽的激光源，应当能够使得脉冲短至24fs。在没有一阶棱镜补偿器的情况下，我们的多光子系统的物镜焦点处的脉宽超过2ps。利用一阶棱镜补偿器，获得大约45fs的脉宽。

为了提供高阶色散补偿，于是通过依照本发明在相应位置x处设置板或设备210的高度h来调节对于每个波长λ的相位

中心波长在如杆340所示的位置x＝0处横穿相位板。所述设备被设计用于在到来的辐射束的中心波长在设备的该基本上中心的位置处进入设备时进行高阶色散补偿。然而，根据要进行色散补偿的辐射和/或光学设置，该设备也可以被设计成具有非对称高度分布。

小的波长变化将引起一定距离上的小偏转：

$\frac{\∂x}{\∂\mathrm{\λ}}=\frac{2l}{\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}\frac{\∂n}{\∂\mathrm{\λ}}$

在这里，l为棱镜之间的距离，这些棱镜假设为布儒斯特角棱镜。角度是相位板的入射角(其对于布儒斯特角是最优的)并且n为棱镜的折射率。板的高度与引起的相位变化之间的关系在布儒斯特角下等于：

$\mathrm{\Δ\φ}\left(x\right)=\frac{2\mathrm{\πh}\left(x\right)}{\mathrm{\λ}}\frac{n^2-1}{\sqrt{n^2+1}}$

其中折射率n现在被理解为与补偿设备210的材料有关。使用上面两个方程，可以产生补偿所述棱镜配对或者其他光学上等效的一阶色散补偿设备的较高色散的函数形式。

图4和图5分别示出了在不添加和添加依照本发明的高阶色散补偿设备210的情况下的光脉冲形式。

图4为具有41000fs³的三次相位(cubic phase)的光脉冲。FWHM为47.6fs。在800nm的中心波长处带宽为40nm，从而傅立叶极限脉宽为23.6fs。利用与图1类似的包括两个处于双通的距离为350mm的SF66玻璃棱镜的脉冲压缩器针对线性啁啾补偿光脉冲。源的带宽在这种情况下在800nm的中心波长处为40nm。有效脉宽近似为48fs，可以看出较高阶色散在脉冲尾部引起大量的振铃。图5示出了两次穿过较高阶色散补偿设备210之后的光脉冲，所述设备包括61个阶梯并且在200nm带宽上补偿相位。得到的脉冲的FWHM为25.2fs。因此，在光脉冲横穿优化的阶梯状相位板210之后，脉冲尾部的振铃消失，并且脉宽从47fs减小到25fs。

图6显示了结合图5使用的补偿设备的高度分布。相位板由PMMA(折射率1.486)制成并且在布儒斯特角下使用。大约23mm的水平展度与由SF66玻璃制成的棱镜补偿器中的200nm带宽以及350nm的棱镜距离相应。高度分布利用61个相位阶梯实现。相位板可以以各种不同的方式优化。一种方式可以如上面的实例中所使用的在频率空间中采取等距阶梯宽度。另一方面，可以最小化所需阶梯的数量。因此，可以优化阶梯宽度分布以便对于固定数量的阶梯具有最优效果。这通常导致在中心频率附近具有较宽阶梯的分布以及对于越远离中心频率的频率的越精细的分布。

图7为依照本发明的方法的流程，该方法包括

S1提供被设置成通过在空间上分开不同的波长而补偿一阶色散的光学部件配对P1和P2，以及

S2提供较高阶色散补偿设备210，该补偿设备具有相位板的形式，其中通过在板的相应位置设计高度以便基本上补偿较高阶色散来调节对于每个波长的相位变化，

S3该方法还包括使较高阶色散补偿设备适于通过考虑至少：

所述光学部件配对的光学特性O_Prop，以及

较高阶色散补偿设备与所述光学部件配对之间的相对位置RP而与该光学部件配对协作。

尽管已经结合说明的实施例描述了本发明，但是本发明并不预期限于本文阐述的特定形式。相反地，本发明的范围仅由所附权利要求书限制。在权利要求书中，措词“包括/包含”并没有排除其他元件或步骤的存在。此外，尽管单独的特征可以包含于不同的权利要求中，但是这些特征可能地可以有利地加以组合，并且包含于不同的权利要求中并不意味着特征的组合不可行和/或不是有利的。此外，单数引用并没有排除复数。因此，对于“一”、“一个”、“第一”、“第二”等等的引用并没有排除复数。此外，权利要求中的附图标记不应当被视为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种用于补偿色散的光学系统(200)，该系统包括：

-被设置成通过在空间上分开不同的波长而补偿一阶色散的光学部件配对(P1，P2)，以及

-较高阶色散补偿设备(210)，该补偿设备具有相位板的形式，其中通过在板的相应位置设计高度以便基本上补偿较高阶色散来调节对于每个波长的相位变化，高度与位置的函数(h(x))至少在板(210)的一些部分上是基本上连续的函数，其中所述函数通过阶梯状高度实现，

其中较高阶色散补偿设备适于通过考虑至少：

所述光学部件配对的光学特性(O_Prop)，以及

较高阶色散补偿设备与所述光学部件配对之间的相对位置(RP)而与该光学部件配对协作。

2.依照权利要求1的光学系统，其中所述设备(210)至少在板的一些部分上具有基本上平面的后表面以及带有阶梯状高度的前表面。

3.依照权利要求1的光学系统，其中高度与位置的函数(h(x))至少在板(210)的一些部分上是单调递增的函数。

4.依照权利要求1的光学系统，其中所述设备适于与基本上相同的部件的配对协作。

5.依照权利要求4的光学系统，其中相位变化

与整个设备上的位置x的函数以及高度与整个设备上的位置的函数h(x)之间的关系可以以下面的形式给出

其中函数F依赖于：

λ：波长

O_Pa：光路

RP：板与光学部件配对的相对位置，以及

O_Prop：光学部件配对的光学特性。

6.依照权利要求5的光学系统，其中所述光学部件配对是棱镜配对，并且所述光学部件配对的光学特性O_Prop包括棱镜的折射率n以及棱镜的顶角。

7.依照权利要求5的光学系统，其中所述光学部件配对是光栅配对，并且所述光学部件配对的光学特性O_Prop包括这些光栅的光栅常数k。

8.依照权利要求1的光学系统，其中所述设备基本上以聚合体或者以玻璃制造。

9.依照权利要求1的光学系统，其中所述设备以PMMA、PC或COC制造。

10.依照权利要求1的光学系统，其中所述设备利用可UV固化树脂在透明衬底上制造。

11.依照权利要求1的光学系统，其中高度分布依赖于较高阶色散补偿设备与所述光学部件配对之间的相对位置，包括到每个光学部件的距离(l)和入射角(θ)。

12.依照权利要求1的光学系统，其中所述光学部件配对是基本上相同的棱镜配对，并且该棱镜配对的光学特性(O_Prop)包括折射率n和棱镜中折射率的依赖于波长的部分。

13.依照权利要求1的用于补偿色散的光学系统，所述系统应用到利用非线性光学现象的光学成像系统中。

14.依照权利要求1的用于补偿色散的光学系统，所述系统应用到多光子成像系统或者二次谐波生成(SHG)成像系统中。

15.一种用于补偿色散的方法，该方法包括：

提供被设置成通过在空间上分开不同的波长而补偿一阶色散的光学部件配对(P1，P2)，以及

-提供较高阶色散补偿设备(210)，该补偿设备具有相位板的形式，其中通过在板的相应位置设计高度以便基本上补偿较高阶色散来调节对于每个波长的相位变化，高度与位置的函数(h(x))至少在板(210)的一些部分上是基本上连续的函数，其中所述函数通过阶梯状高度实现，

该方法还包括使较高阶色散补偿设备适于通过考虑至少：

所述光学部件配对的光学特性(O_Prop)，以及

较高阶色散补偿设备与所述光学部件配对之间的相对位置(RP)而与该光学部件配对协作。

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