CN102334065B - 用于聚焦电磁束的包括声光偏转器的聚焦系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在三维随机访问应用中用于聚焦电磁束的聚焦系统(100)。所述系统包括：第一对声光偏转器(10)，用于在X-Z平面中聚焦电磁束、以及第二对声光偏转器(20)，用于在Y-Z平面中聚焦电磁束，所述Y-Z平面与所述X-Z平面基本正交，其特征在于：所述第二对声光偏转器(20)布置在所述第一对声光偏转器(10)的声光偏转器(12、12’)之间，从而所述系统的第一和第四声光偏转器(12、12”)属于所述第一对声光偏转器(10)，并且所述系统的第二和第三声光偏转器(22、22″)属于所述第二对声光偏转器(20)。
Description
技术领域
本发明涉及一种在三维随机访问应用中用于聚焦电磁束的聚焦系统，所述系统包括用于在X-Z平面中聚焦电磁束的第一对声光偏转器以及用于在基本垂直于X-Z平面的Y-Z平面中聚焦电磁束的第二对声光偏转器。
背景技术
三维(3D)随机访问激光扫描技术在执行对生物样本的测量(包括扫描、成像、检测、激励等)中非常重要，例如对生物结构成像，或勘查细胞表面受体的荧光标记，或者执行诸如释放(uncaging)/光模拟(photosimulation)、FRET(荧光谐振能量传输；Fluorescence resonance energy transfer)、FLIM(荧光寿命成像；Fluorescence lifetime imaging)等的测量。
通常使用的3D激光扫描显微镜要么是共焦显微镜要么是多光子(双光子)显微镜。在共焦显微镜技术中，在探测器前布置针孔，以滤除从不是显微物镜的焦平面的任何其它平面反射的光。从而，可以成像位于样品(例如生物样本)内的不同深度上的平面。
双光子激光扫描显微镜使用较低能量的激光，需要其中的两个光子在量子事件中激励荧光，从而导致荧光光子的发射，接着由探测器探测该所述荧光光子。两个光子被近似同时吸收的可能性极低，其需要激励光子的高通量，因此双光子激励实际上仅发生在激光光束的焦点中，即通常具有约300nm×300nm×1000nm的尺寸的小椭圆体积中。一般地，使用飞秒脉冲激光器来提供双光子激励所需要的光通量，同时保持平均激光束强度足够低。
当应用上述技术中的任一个时，进行2D或3D扫描的传统方式是移动样品台，例如通过步进马达；然而，当使用浸没的样本腔是或者当利用微电极对生物样本进行电记录时，这样实施很复杂。因此，在分析生物样本的情况中，通常优选移动激光束的焦点而不是移动样本。在共焦和多光子显微镜中，可以通过偏转激光束来扫描焦平面(XY平面)的不同点，从而实现样本的2D扫描。传统上，通过经由机光偏转装置(诸如安装在检流计扫描器上的偏转反射镜)在给定的焦平面(XY平面)内偏转激光束来实现此扫描。例如，可以通过将物镜沿着其光轴(Z轴)(例如使用压电定位器)位移来实现在测量期间改变焦深(或沿着z轴扫描)。
在传统设置中使用的机械扫描组件(即扫描反射镜和显微物镜)的惯性在可获得的扫描速度方面表现出某些限制，这是因为扫描组件需要被物理地移动，以便进行3D扫描。
快速声光偏转器(AOD)已被提出作为对传统机械方案的替代。
Kaplan等(“Acousto-optic lens with very fast focus scanning”,OPTICSLETTERS/Vol.26,No.14/July15,(2001))提出了由两个AOD构成的一种声光透镜，其具有对向传播的相位锁定的声波，以获得没有光束横向移动的单纯焦点移动。通过声光装置改变声频率的扫描速率来实现对声光透镜的焦点的改变。
在US7,227,127中使用以上原理来提供3D扫描。通过使用4个声光偏转器在菱形状的结构中在空间上移动光束的焦点，两个横向(X和Y)均有两个声光偏转器。横向扫描是两个AOD在同一横向上的衍射的声频差的结果，而通过改变相同AOD中的声频的扫描速率来获得深度聚焦(即沿着显微镜光轴(称为Z轴)的焦点位移)。因此，焦点可以在X-Z和Y-Z平面中准独立地调节，其中，Z是对应于该装置的光轴的纵向。当X和Y偏转单元中的频率扫描速率不完美匹配时，这也导致严重的像散。
此外，存在与当前水平的AOD3D扫描技术关联的各种问题，诸如空间和时间色散，特别是当与多光子扫描技术组合应用时。
在多光子技术中应用的短的飞秒脉冲必然隐含着，在更短的脉冲中存在更大的频率宽度(即更大的波长范围)，导致更大的空间色散(色差)。时间色散(即，脉冲在时间上的拉长)由如下事实导致：不同波长的光以不同的速度传播通过AOD。
现有技术AOD系统通过应用复杂的色散补偿元件一定程度上消除了空间和时间色散。
在许多先前的论文和专利中显示最大角度范围和分辨率可以通过使用光学各向异性衍射的AOD获得，即一种特殊的结构，其中声光衍射利用切变(shear)声波来获得，并且一阶衍射的光束的偏振几乎垂直于入射光束的偏振。该结构在大量的具有慢切变声光模式的光学各项异性材料中工作得很好，例如PbMnO4或TeO2。在本专利中，我们提出了一种新的扫描器结构，该扫描器优选包括在各向异性结构中工作的TeO2偏转器，以在输出获得最大可能的角(光学)分辨率。
当各向异性的AOD偏转入射激光束时，一阶光束的偏振相对于入射激光束和零阶未偏转透射光束旋转90度。
通常可接受的是，当使用异常入射光代替寻常入射光时，利用声光AOD可获得的带宽由于相互作用几何形状而比较大。为了利用异常光操作所有布拉格单元，在WO2008/6032061中建议分别在X-Z平面和Y-Z平面中操作的每个AOD对的AOD之间提供半波片，用于旋转由所述对的第一AOD偏转的一阶光束的偏振，从而为该对的第二AOD也提供异常入射光。使用半波片具有许多缺点：波片是角度敏感的，限制了穿过光束的可用的发散和传播角度，此外，波片是波长敏感的，因而在多光子技术中使用的高带宽飞秒脉冲的情况下，其可能导致带宽降低和材料色散。
作为替代，同一文献建议交替布置两个对的AOD，即，第一X-Z AOD之后是第一Y-Z AOD，之后是第二X-Z AOD，之后是第二Y-Z AOD。如所公知的，在X-Z平面中工作的AOD和在Y-Z平面中工作的AOD需要相对于彼此正交偏振的光，因此，从X-Z AOD输出的一阶偏转光束的经旋转的偏振适合于接着的Y-Z AOD，反之亦然。
然而，本发明的发明人已经发现仅在有限的入射角范围中可以获得通常与异常入射光的使用关联的高带宽。角度容限通常比偏转(扫描)光束中由同一偏转器提供的角度范围小3至5倍。因此，如果两个相似的各向异性偏转器连续布置，使得两者在同一平面(例如X-Z平面)中偏转，并且偏振在它们之间被旋转以便两者都以异常偏振入射光束工作，则尽管单元之间的中心声频的差异，总偏振角范围也被自动降低3至5倍。这既降低了焦平面中扫描的X-Y范围，并且分别降低了X-Z和Y-Z平面内的焦距长度变化范围。
图1示出了在恒定声功率的情况下，以异常偏振入射光束操作的各向异性AOD的衍射效率与偏转角度之间的关系。注意，可以在1.7角度范围中获得较大的衍射效率。图2示出了以异常偏振入射光束操作的各向异性AOD的衍射效率对声频和入射角度的典型依赖性。很明显获得较大衍射效率的入射角度范围依赖于声频，并且约为0.5至1度宽。
当两个AOD都在恒定的电功率(非常常规和简单的驱动方案)和恒定的光输入的情况下以异常入射光操作时，输出光强度对两个AOD的频率的依赖将如图3所示。对于这些类型的偏转器，频带中的深极小值是由二阶衍射特性引起的。在利用异常偏振光学入射可以获得更高带宽的情况下出现二阶衍射效应，并且二阶衍射效应在总带宽中导致深极小值。这避免了频带的此部分的有效使用，例如用于聚焦，这是因为此区域中随频率的严重的输出光学强度变化导致焦点的畸变。然而，当声功率(更准确地说是驱动电功率)降低时，此效应被降低，但在此情况下一阶效率也被降低。利用频率相关的功率的驱动对此效应的补偿也由于此原因而受限制。
另一方面，当在同一横向平面中偏转的一对中的第一AOD利用寻常入射波操作并且第二AOD利用异常入射波操作时，该布置不需要半波片。第一AOD中的寻常光入射提供了比异常光入射更小的输出角度范围，但仍比第二AOD接受的入射角度范围大，如图4中所示并与图2比较。
图5示出了在两个连续的各向异性AOD的情况下，X-Z平面中的衍射带宽，其中，第一AOD以寻常偏振入射光束，第二AOD以异常偏振入射光束操作。当与图3比较时，非常明显，这里二阶衍射具有降低的效应，由于其仅出现在施加异常光学入射的第二AOD中。这意味着此结构实际上具有比第一个结构更大的带宽，在第一个结构中，两个AOD都以异常偏振光输入操作。
发明内容
本发明的目的是克服与现有技术激光扫描显微镜关联的问题。
特别地，本发明的目的是提供一种各向异性AOD布置，其消除对半波片的需要，并同时允许最大带宽。
本发明的另一目的在于有效地组合AOD，以便获得具有最佳空间和时间分辨率的3D扫描，意味着当与对由声光装置引起的强像差的有效补偿一起使用具有宽波长频谱的光(例如，非常短的脉冲)时获得最佳空间和时间色散。
通过用于三维随机访问应用中将电磁束聚焦的聚焦系统实现上述目的，所述系统包括用于在X-Z平面中聚焦电磁束的第一对声光偏振器，以及用于在Y-Z平面中聚焦电磁束的第二对声光偏转器，Y-Z平面基本与X-Z平面正交。根据本发明，第二对声光偏转器布置在第一对声光偏转器的声光偏转器之间，从而该系统的第一和第四声光偏转器属于第一对声光偏转器，该系统的第二和第三声光偏转器属于第二对声光偏转器。
本发明的其它有利实施例被定义在所附从属权利要求中。
附图说明
根据附图和示例实施例，本发明的其它细节将变得明显。
图1示出了以异常偏振入射光束操作的各向异性AOD的衍射效率和偏转角度范围之间的关系。
图2示出了以异常偏振入射光束操作的各向异性偏转器的衍射效率对声频和入射角度的依赖。
图3是当两个连续的X-Z AOD以异常偏振入射光束操作时的衍射带宽的图。
图4示出了以寻常偏振入射光束操作的衍射效率与偏转角度范围之间的关系。
图5是当第一X-Z AOD以寻常偏振入射光束操作且第二X-Z AOD以异常偏振入射光束操作时衍射带宽的图。
图6是经由一对AOD进行光束偏转的基本原理的示意图。
图7是现有技术的包括在X-Z和Y-Z平面中聚焦的两个连续AOD对的聚焦系统的示意图。
图8是现有技术的包括在X-Z和Y-Z平面中聚焦的两个连续AOD对的聚焦系统以及在每对的AOD之间提供的圆柱透镜的示意图。
图9是现有技术的包括在X-Z和Y-Z平面中聚焦的两个连续AOD对的聚焦系统以及在每对的AOD之间提供的球面透镜的示意图。
图10是根据图6的现有技术聚焦系统的示意图，该系统已被修改为在连续的AOD对之间包括半波片。
图11是根据图10的现有技术聚焦系统的示意图，该系统已被修改为在连续AOD对之间的半波片的下游和上游包括球面透镜。
图12是本发明的实施例的示意图。
具体实施方式
图6是经由一对AOD10进行光束偏转的基本原理的示意图，该AOD对10包括第一AOD12和第二AOD12’，它们具有对向传播的声波，用于以已知的方式在X-Z平面中进行扫描。构成AOD12和12’的晶体的晶格常数被穿过它们传播的声波稍稍修改，从而AOD晶体作为具有可修改的光栅常数的光栅。
因此，入射电磁束14(通常是激光束)被第一AOD12分裂为未偏转的零阶束16、一阶偏转束18和高阶偏转束，高阶偏转束在以下讨论中被忽略，因为通常仅关心一阶束18。由第二AOD12’偏转(衍射)的一阶束18’将与入射束14具有相同的方向并因此与由第一AOD12偏转的零阶束16具有相同的方向。因此，必须将此零阶束16与从第二AOD12’出射的两次衍射的一阶束18’分离。存在两种通常应用的技术用于分离该零阶束16。如果AOD由各向异性晶体制成并且使用涉及慢切变声波的各向异性布拉格衍射，则一阶衍射束18的偏振相对于未衍射的零阶束16旋转90度，因此零阶束16可以被简单地通过偏振滤波器滤出，根据第二个技术，两次衍射的一阶束18’和零阶束16被空间分离：两个AOD12和12’之间的间距d必须大于由第一AOD12的束孔径D和一阶衍射角α预测的间距。实际上，所需要的d间距约为d＝10*D。这要求两个对向传播的声束不能在同一AOD内实现。
当使用两个分离的AOD12、12’时，如图6中所示，存在若干问题。
第一个问题是由第一AOD12偏转的一阶束18形成发散束，其沿着两个AOD12、12’之间的d间距扩散得相当大，因此，在第二AOD12’的位置处，总束宽度将需要更大的光学孔径，意味着第二AOD12’中声束的部分被提高。因此，如果频率扫描速率在AOD12、12’中相同(例如，使用相同的电波形来驱动这两个AOD，如在现有技术中通常建议的)，则该结构的有效焦距与理论公式相比大大改变，所述理论公式例如上面引用的Kaplan等的公布的公式2和3，或者Reddy等,“Fast three dimensional laser scanning scheme usingacousto-optic light deflectors”,J.of Biomed.Optics Vol10(6)064038(2005)中的公式1和4。所引用的公式是针对忽略AOD间距时或实现成像时的情况给出的。
本发明的发明人已经发现此效应可以通过对两个连续的AOD12、12’中的声束选择不同的频率扫描速率来补偿，然而，这提高了驱动复杂度(优选地需要数字信号合成来避免模拟同步和相移问题)。
图6中所示的布置的第二个问题是其限制了可用的扫描速率，并因此限制了可获得的焦距，这是因为在太高的扫描速率的情况下，从第一AOD12出射的束的空间扩散阻止其完整地适配到第二AOD12’的光学孔径中。这两个问题都已经在文献中通过使用远心成像系统而解决，远心成像系统不改变从第一AOD12出射的束的角度扩散，并将其孔径成像到第二AOD12’。此方案允许使用来自上面引用的Reddy等的出版物的公式4来估计在X-Z或Y-Z平面中可以获得的焦距。然而，远心光学系统使用至少两个聚焦光学元件(在最简单版本中是远心透镜)，其可能引入像差，特别是在高光束发散时。此外，透镜引入固有的颜色(材料)色散，当建立涉及大带宽的飞秒脉冲的系统(例如多光子显微镜)时必须对其补偿。
当组合两对AOD来实现X和Y扫描时，发生额外的问题，现有技术中未给出该问题的解决方案。
图7示出了包括两个连续AOD对10和20的现有技术聚焦系统。第一对10包括用于在X-Z平面中聚焦的第一和第二AOD12、12’，而第二对20包括用于在Y-Z平面中聚焦的第三和第四AOD22、22’。如上所说明的，任意两个连续的AOD12、12’、22、22’必须被以适当的间距布置，用以空间上分离零阶束16和多次偏转的一阶束18’、28、28’。该间距要求连续的AOD12’、22、22’的光学孔径相对于束直径在横向X和Y上都必须增加，因此，该系统的角向扩散以及可获得的焦距范围将被严重地限制。
以上系统的修改版本被显示在图8中，其中，两个X-Z AOD12、12’以及两个Y-Z AOD22、22’通过圆柱透镜20连接。此系统解决了在X-Z平面中偏转的X-Z单元112以及在Y-Z平面中偏转的Y-Z单元122内的光束孔径和AOD孔径之间的失配问题，这是因为光束分别仅在X-Z和Y-Z平面中由于空间扩散而扩张。然而，当单元112、122简单地组合来获得3D扫描时，当光束从在X-Z平面中偏转的第一单元112出射时，光束将在X-Z平面中空间扩散，因此在Y-Z单元122中仍将发生X方向上的孔径失配。
甚至当形成远心系统42的球面透镜40被用来代替圆柱透镜33时，如图9中所示，该问题仍存在，这是因为Y-Z单元122的入口处的束孔径由于X-Z单元112施加的可变扩散而在X-Z平面中变化。如果X-Z单元112的第二AOD12’和Y-Z单元的第一AOD22可以被放置地非常靠近在一起，则聚焦范围损失可能是可容忍的，当在大多数实际情况中，这是不可能的。
特别地，具有最大带宽和有用衍射效率的AOD使用涉及慢切变声波的各向异性布拉格衍射。一阶衍射的光束的偏振被旋转90度，并且如上所说明，这并非无关紧要，其是输入偏振，这是因为该结构对于异常或者寻常输入(一般对于异常入射光)优化。
与WO2008/032061的教导相反，发明人已发现当两个相同的AOD被用在X-Z单元112中时，如果第一AOD12将偏振旋转90度，且第二AOD12’将其旋转回去，则获得最好的总带宽。因此，从两个X-Z衍射AOD12、12’出射的两次衍射束18’的偏振与进入该系统的偏振相同。
优选地，所有AOD12、12’、22、22’是同一种类，以便允许驱动信号的更简单的控制。在此情况下，为了最佳衍射效率，与第一X-Z AOD12需要的入射束12的偏振相比，在Y-Z方向偏转的后续的AOD22需要被旋转90度的偏振。然而，从第二AOD12’出射的两次衍射束18’与入射束12具有相同的偏振。为了克服此问题，必须使用半波片50来使现有技术系统完整，如图10中所描绘的。替代地，不同设计的AOD22、22’可被用于在Y-Z平面中偏转，然而，这提高了驱动复杂度，并且不能提供与由用于在X-Z平面中偏转的AOD所提供的相同最优带宽。半波片50是能够将偏振旋转90度的最简单的方案。然而，使用半波片涉及三个缺点：
·X-Z单元112的第二AOD12’和Y-Z单元122的第一AOD22不能被放置得足够靠近，以避免孔径失配；
·半波片50是角度敏感的，不存在整个扫描范围上的最佳性能，因此通过限制从X-Z单元112出射的一阶衍射束18’的可获得发散和传播角度而限制了可扫描的3D体积；
·半波片50也是波长敏感的，所以当使用具有大带宽飞秒脉冲的系统时，其导致带宽减小和材料色散。
甚至在使用图8中示出的系统是最后两个缺点也存在，在图11中另一远心系统60被设置来消除由成像扩散的可变空间束导致的第一和第二单元112和122之间的孔径失配问题。然而，由半波片50施加的对可扫描的3D体积的限制仍存在。另外，当束角度和所使用的光学孔径变化时，即当完整系统的有效焦距改变时，远心系统42、60存在像差。每个光学元件也都引入必须被补偿的材料色散。
图12是根据本发明的聚焦系统100的实施例的示意图。通过在第一AOD对10的第一和第二AOD12、12’之间插入第二AOD对20，消除了应用半波片50的需要。在由在X-Z平面偏转的第一AOD12透射的一阶偏转束18中，入射束14的偏振被旋转90度。因此，一阶偏转束18的偏振满足在Y-Z平面中偏转的后续的AOD22的偏振标准。例如，如果在X-Z平面中偏转的第一AOD12需要寻常光，则进入的寻常入射束14被第一AOD12偏转，从而其偏振被旋转90度。因此，一阶束18的偏振对于第一AOD12是异常的，但对于布置来在Y-Z平面中偏转的后续的AOD22是寻常的。因此，相同类型的AOD22可被用于在Y-Z平面中偏转，如前面所解释的，这降低了驱动复杂度，并允许最佳的总带宽。
寻常一阶束18进入后续的AOD22并因此被衍射。一阶束28的偏振再次被旋转90度并再次被第二AOD对20的第二AOD22’旋转回到其原始偏振状态。因此，从第二AOD对20输出的一阶束28’具有与进入其的一阶束18相同的偏振，其对于第一AOD10的第二AOD12’是正确的偏振。如前所解释的，如果入射的异常束14的偏振被第一AOD12、22旋转90度并被第二AOD12’、22’再次旋转回去，则AOD对10、20工作最佳。通过在构成第一AOD对10的第一和第二AOD12、12’之间插入Y-Z偏转AOD对20，未违反该原理，同时不需要提供额外的偏振旋转器(诸如半波片50)。
在图12中所示的实施例中，各对10、20的第一AOD12、22被布置为彼此相邻，从而在整个可获得的扫描角度和束发散范围上消除了孔径失配。在此优化设置中，使用相同类型的AOD12、22执行各向同性的布拉格衍射，可以获得X和Y方向上的对称扫描范围。包括开始两个AOD12、22的第一单元110的输出被成像到倒转的第二单元120，其消除了在扫描范围中的单点的测量期间输出束的时移。通过已知的远心透镜系统60进行成像。
根据本发明的聚焦系统100的主要优点之一是进入每个具体AOD12、22、22’和12’的束14、18、28、28’的偏振对于宽带宽各向异性布拉格衍射是最优的。这通过倒转第二单元120中的在X-Z和Y-Z方向中偏转的AOD22’、12’的顺序而实现这一点。
图12中示出的本发明的系统100还具有仅使用两个成像光学元件(即，远心系统60)而最小化材料色散的优点。对称结构最小化整个光学系统100的像散，然而，当束角和发散被改变时球面像差和彗差仍然存在。
X-Z、Y-Z、-Y-Z、-X-Z AOD12、22、22’、12’的所建议的布置在使用具有相同结构的四个偏转器和参数时提供了最佳可能的带宽。
图12中所示的聚焦系统100在形成在Y-Z平面中偏转的第二对AOD20的第二和第三AOD22、22’之间包括一个远心系统60。第一单元110的AOD12、22以及第二单元120的AOD22’、12’彼此基本相邻，以便消除孔径失配。第一和第二单元110、120可以都包括偏振滤波器(例如，偏振器)，用于分别滤除与入射束14和28具有相同偏振的零阶透射束16。
在根据本发明的聚焦系统100的第二实施例中，第一和第二单元110、120的AOD12、22与22’、12’可以间隔开，且可以在第一和第二AOD12、22之间以及在第三和第四AOD22’、12’之间也包括远心中继系统60。第二和第三AOD22、22’可以被布置为彼此相邻，优选被偏振滤波器分开，该偏振滤波器用于将由第二AOD22透射的零阶束25滤除。此布置优化了透镜的数目，并在第二和第三(Y-Z、-Y-Z)AOD22、22’之间仅提供可容忍的孔径失配。
替代地，四个AOD12、22、22’、12’可以全部相邻布置，优选仅被偏振滤波器彼此分开，该偏振滤波器用于将由第一、第二和第三AOD12、22、22’透射的零阶束滤除。
如果合适，可以在AOD12、22、22’、12’之间使用任何其它的光学元件，然而，本发明的益处之一在于消除偏振旋转器的需要，因此所有附加光学元件优选保持电磁束的透射部分的偏振。这样的光学元件被理解为也包括偏振滤波器，因为偏振滤波器不改变该束中允许穿过(即，透射)的部分的偏振。
为了克服带宽降低，具有提高的带宽的AOD单元可被用于-X-Z和-Y-Z偏转(即，AOD12’和22’)。通过减小声束在光传播方向中的互相作用长度、宽度，可以提高带宽。这还降低可以通过提高声功率而补偿的衍射效率，但这里声功率密度必须被提高，从而导致严重的热问题。功率密度提高通常被热漂移限制，升高的温度导致衍射效率的降低。
在本发明的第二方面中，我们建议使用修改的AOD，其中代替降低相互作用长度，增大光学孔径。这里，对于相同的衍射效率，也应该提高声功率，但功率密度包括不变，从而减小了上述热问题。例如，根据本发明的第二实施例，在X-Z或Y-Z平面中操作的一对的第一和第二AOD12、12’和22、22’可以与远心透镜系统60光学连接，该远心透镜系统60具有针对孔径差调节的放大率，例如，如果该第二AOD22’的孔径是第一AOD22’的孔径的5倍大，则该远心系统应该具有5倍的放大率。该孔径增大导致角度降低，所以第二AOD(例如22’)的输入角度范围可以适配到用于高带宽的其角度容限范围。如此，在两种情况下都可以降低带宽损失，其中，该对的第二AOD以异常波或寻常波操作。
上述实施例仅意在作为说明性示例，而不被认为是限定本发明。对于本领域的技术人员而言，在不偏离所附权利要求确定的保护范围的情况下，各种修改将是显而易见的。
Claims (7)
1.三维随机访问应用中用于聚焦电磁束的聚焦系统，所述系统包括：第一对声光偏转器(10)，用于在X-Z平面中聚焦电磁束、以及第二对声光偏转器(20)，用于在Y-Z平面中聚焦电磁束，所述Y-Z平面与所述X-Z平面基本正交，其特征在于：所述第二对声光偏转器(20)布置在所述第一对声光偏转器(10)的声光偏转器(12、12’)之间，从而所述系统的第一和第四声光偏转器(12、12’)属于所述第一对声光偏转器(10)，并且所述系统的第二和第三声光偏转器(22、22’)属于所述第二对声光偏转器(20)。
2.如权利要求1所述的聚焦系统，其中，所述声光偏转器(12、22、12’、22’)包括各向异性晶体，并且所述偏转器被使用在切变声模式中。
3.如权利要求1或2所述的聚焦系统，其中，各对(10、20)的所述声光偏转器(12、22、12’、22’)彼此基本平行布置。
4.如权利要求1或2所述的聚焦系统，其中，在所述第一和第二声光偏转器(12、22)之间以及/或者在第二和第三声光偏转器(22、22’)之间以及/或者在第三和第四声光偏转器(22’、12’)之间布置偏振器。
5.如权利要求1或2所述的聚焦系统，其中，在所述第一和第二声光偏转器(12、22)之间以及/或者在第二和第三声光偏转器(22、22’)之间以及/或者在第三和第四声光偏转器(22’、12’)之间布置远心中继系统(60)。
6.如权利要求1或2所述的聚焦系统，其中，所述声光偏转器(12、22、12’、22’)之间的任何光学元件保持电磁束的透射部分的偏振。
7.如权利要求1或2所述的聚焦系统，其中，所述第二至第四声光偏转器(22、22’、12’)之一的光学孔径被增大，并且具有增大的光学孔径的声光偏转器(22、22’、12’)与其上游的声光偏转器(12、22、22’)被具有放大率的远心中继系统(60)分开，所述放大率针对被所述远心中继系统(60)分开的所述两个声光偏转器(12、22；22、22’；22’、12’)的孔径差而被调整。
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