CN103713390B - 一种多波长激光合束选通调试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多波长激光合束选通调试方法和系统，该系统能够提供一种简便迅速的高精度的多波长激光合束光束，并拥有简便可控的多波长激光选通功能。多光束合束精度能达到1m距离光斑重合偏差小于5%，激光方向偏差小于0.1mrad。

Description

一种多波长激光合束选通调试系统及方法

技术领域

本发明涉及显微物镜光学检测技术领域，尤其是涉及一种多波长激光合束选通调试方法和系统。

背景技术

多波长激光合束选通技术，是将多个激光器的输出的多种波长的激光合为一束，合束激光具有高度的空间一致性，利用波长选通功能组件，可以实现多波长激光迅速切换，而不用改变后续的光路结构，从而极大改善了光学系统的适用性。

多波长激光合束选通技术的难点之一就是它的调试过程，要求两束乃至更多束激光在空间上高度重合，要求合束光的口径、方向、发散角与单束光一致，这在装置的设计和加工上很难保证，因此激光合束选通技术对的装调过程提出的很高的要求。

多波长激光合束选通技术主要应用在各种高精密光学成像仪器上，例如：超分辨率成像、共聚焦显微镜、荧光激发成像、流式细胞仪、选择性光片照明、荧光寿命成像、全内反射荧光显微镜等。它是这些仪器的核心技术之一。

发明内容

本发明的目的是：提供一种多波长激光合束选通调试系统，该多波长激光合束选通调试系统能够提供一种简便迅速的高精度的多波长激光合束光束。

本发明的技术方案是：一种多波长激光合束选通调试系统，多路激光器、分别与所述激光器对应设置的二色镜、声光调制器、可变针孔、可调中性滤光片、中性半透半反镜、第一CCD、聚焦透镜及第二CCD；

其中，所述多个二色镜的透射性能和反射性能与对应的所述激光器相对应，以保证当前激光反射上述二色镜而后面的所有光束透射该二色镜；所述声光调制器用于对通过的光束的波长进行选择和对通光光强进行调节，所述可变针孔用于对通光口径进行调节，所述可调中性滤光片用于对各波长激光透光率进行调节，所述多路激光器中的第一激光器发射的第一光束经对应的第一二色镜反射，经所述第一二色镜后的第一光束依次通过所述声光调制器、所述可变针孔和所述可调中性滤光片到达所述中性半透半反镜，由所述中性半透半反镜反射后第一光束经所述第一CCD后形成第一图像A，由所述中性半透半反镜透射后第一光束经所述聚焦透镜后聚焦于所述第二CCD并形成第一图像B；

所述多路激光器中的第二激光器发射的第二光束经对应的第二二色镜反射后再透射所述第一二色镜，经所述第一二色镜后的第二光束依次通过所述声光调制器、所述可变针孔和所述可调中性滤光片到达所述中性半透半反镜，由所述中性半透半反镜反射后第二光束经所述第一CCD后形成第二图像A′，由所述中性半透半反镜透射后第二光束经所述聚焦透镜后聚焦于所述第二CCD并形成第二图像B′，所述第一图像A与所述第二图像A′重合，所述第一图像B与所述第二图像B′重合。

下面对上述技术方案进一步解释：

所述可调中性滤光片对各波长激光透光率为1/100～1/10000。

所述第一CCD的感光区域大于激光光斑直径，总像素数为600×800。

所述第二CCD的像元尺寸小于5μm，总像素数为600×800。

另外，本发明还提供了一种多波长激光合束选通调试方法，包括下述步骤：

步骤S110：安装多个所述激光器和与所述激光器对应设置的二色镜，且使所有光束同轴并通过所述声光调制器；

步骤S120：调试所述声光调制器，使所有波长激光发生衍射，调整所述激光器和所述二色镜使衍射光重合；

步骤S130：以所述第一激光器发射的第一光束作为合束基准，在所述声光调制器后依次放置所述可变针孔、所述可调中性滤光片、所述中性半透半反镜、所述第一CCD、所述聚焦透镜和所述第二CCD，其中，所述可变针孔位于光束中心，所述第二CCD位于所述聚焦透镜焦点处；

步骤S140：调节所述可调中性滤光片使所述第一CCD和所述第二CCD都能成像，且所述第一CCD对近场光斑形状成像，可监测光束近点位置，所述第二CCD对光斑聚焦点成像，可监视光束方向；

步骤S150：以第一光束分别在所述第一CCD和所述第二CCD的形成的第一图像A和第一图像B为基准进行合束，通过调节所述第二激光器和所述第二二色镜，使所述第二光束在所述第一CCD上形成的第二图像A′与所述第一图像A重合，使所述第二光束在所述第二CCD上形成的第二图像B′与所述第一图像B重合，完成所述第一激光器1和所述第二激光器的合束；

步骤S160：依上述方法对多路激光器中的其他激光器进行合束。

下面对上述技术方案进一步解释：

采用所述激光器的工装对所述激光器进行调节，所述激光器的工装包括左右和俯仰两个方向的调节机构；采用所述二色镜的工装对所述二色镜进行调节，所述二色镜的工装包括左右和俯仰两个方向的调节机构，所有光束同轴并通过所述声光调制器。

本发明的优点是：

本发明提供了一种多波长激光合束选通调试方法和系统，该系统能够提供一种简便迅速的高精度的多波长激光合束光束，并拥有简便可控的多波长激光选通功能。多光束合束精度能达到1m距离光斑重合偏差小于5％，激光方向偏差小于0.1mrad。

除激光器和二色镜以外，本方法所需材料设备较少，成本低廉，构架简单，搭建迅速，适用性广，整个调试很直观，可重复性好。

本方法提供的多波长激光合束装置适用于共聚焦显微镜、流式细胞仪、全内反射荧光显微镜等高端光学仪器。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多波长激光合束选通调试系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多波长激光合束选通调试方法的步骤流程图。

其中：第一激光器111、第二激光器112、第一二色镜121、第二二色镜122、声光调制器130、可变针孔140、可调中性滤光片150、中性半透半反镜160、第一CCD170、聚焦透镜180及第二CCD190。

具体实施方式

请参考图1，图1为本发明实施例提供的多波长激光合束选通调试系统结构示意图100。

多波长激光合束选通调试系统100包括多路激光器、分别与激光器对应设置的二色镜、声光调制器130、可变针孔140、可调中性滤光片150、中性半透半反镜160、第一CCD170、聚焦透镜180及第二CCD190。

其中，多路激光器的波长及其光束特性由应用需求决定，其工装拥有左右和俯仰两个方向的调节机构。

多个二色镜的透、反射性能与激光器相对应，保证当前激光反射，后面的所有激光都能透射，二色镜工装拥有左右和俯仰两个方向的调节机构。

声光调制器130用于对通过的光束的波长和光强进行调节。具体地，声光调制器130通过改变频率可以选择出射激光的波长，通过改变电压可以调节出射激光光强。

可变针孔140用于对通光口径进行调节。优选地，可变针孔140的通光口径可变范围0.5mm～10mm。

可调中性滤光片150用于对各波长激光透光率进行调节。优选地，可调中性滤光片150对各波长激光透光率为1/100～1/10000。

中性半透半反镜160用于对各波长激光实现半透射半反射。即中性半透半反镜160对各波长激光都能实现50％透射和50％反射。

第一CCD170的感光区域大于激光光斑直径，总像素数600×800。聚焦透镜180的焦距优选为50mm，宽波段复消色差。第二CCD190的像元尺寸小于5μm，总像素数600×800。

多路激光器中的第一激光器111发射的第一光束经对应的第一二色镜121反射，经第一二色镜121后的第一光束依次通过声光调制器130、可变针孔140和可调中性滤光片150到达中性半透半反镜160，由中性半透半反镜160反射后第一光束经第一CCD170后形成第一图像A，由中性半透半反镜160透射后第一光束经聚焦透镜180后聚焦于第二CCD190并形成第一图像B；

多路激光器中的第二激光器112发射的第二光束经对应的第二二色镜122反射后再透射第一二色镜121，经第一二色镜121后的第二光束依次通过声光调制器130、可变针孔140和可调中性滤光片150到达中性半透半反镜160，由中性半透半反镜160反射后第二光束经第一CCD170后形成第二图像A′，由中性半透半反镜160透射后第二光束经聚焦透镜180后聚焦于第二CCD190并形成第二图像B′，第一图像A与第二图像A′重合，第一图像B与第二图像B′重合。

请参阅图2，为本发明实施例提供的多波长激光合束选通调试方法的步骤流程图，包括下述步骤：

步骤S110：安装多个激光器和与激光器对应设置的二色镜，且使所有光束同轴并通过声光调制器130，可以理解，通过工装调节机构，使所有光束同轴并通过声光调制器130；

步骤S120：调试所述声光调制器130，使波长激光发生衍射，调整所述激光器和所述二色镜使衍射光重合；优选地，调试声光调制器130使所有波长激光都能发生高效率衍射，80％以上能量集中在1级衍射光，调整激光器和二色镜工装调节机构，使1级衍射光重合；

步骤S130：以所述第一激光器111发射的第一光束作为合束基准，在所述声光调制器130后依次放置所述可变针孔140、所述可调中性滤光片150、所述中性半透半反镜160、所述第一CCD170、所述聚焦透镜180和所述第二CCD190，其中，所述可变针孔140位于光束中心，所述第二CCD190位于所述聚焦透镜180焦点处；

步骤S140：调节所述可调中性滤光片150使所述第一CCD170和所述第二CCD190都能成像，且所述第一CCD170对近场光斑形状成像，可监测光束近点位置，所述第二CCD190对光斑聚焦点成像，可监视光束方向；

步骤S150：以第一光束分别在所述第一CCD170和所述第二CCD190的形成的第一图像A和第一图像B为基准进行合束，通过调节所述第二激光器112和所述第二二色镜122，使所述第二光束在所述第一CCD170上形成的第二图像A′与所述第一图像A重合，使所述第二光束在所述第二CCD190上形成的第二图像B′与所述第一图像B重合，完成所述第一激光器111和所述第二激光器112的合束；

步骤S160：依上述方法对多路激光器中的其他激光器进行合束。

优选地，采用所述激光器的工装(图未示)对激光器进行调节，所述激光器的工装包括左右和俯仰两个方向的调节机构；采用所述二色镜的工装(图未示)对所述二色镜进行调节，二色镜的工装包括左右和俯仰两个方向的调节机构，而使所有光束同轴并通过所述声光调制器130。

本发明提供了一种多波长激光合束选通调试方法和系统，该系统能够提供一种简便迅速的高精度的多波长激光合束光束，并拥有简便可控的多波长激光选通功能。多光束合束精度能达到1m距离光斑重合偏差小于5％，激光方向偏差小于0.1mrad。

本发明提供了一种多波长激光合束选通调试方法和系统，除激光器和二色镜以外，本方法所需材料设备较少，成本低廉，构架简单，搭建迅速，适用性广，整个调试很直观，可重复性好。

本方法提供的多波长激光合束装置适用于共聚焦显微镜、流式细胞仪、全内反射荧光显微镜等高端光学仪器。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种多波长激光合束选通调试系统，其特征在于，包括：多路激光器、分别与所述激光器对应设置的二色镜、声光调制器、可变针孔、可调中性滤光片、中性半透半反镜、第一CCD、聚焦透镜及第二CCD；

其中，多个所述二色镜的透射性能和反射性能与对应的所述激光器相对应，以保证当前激光反射上述二色镜而后面的所有光束透射该二色镜；所述声光调制器用于对通过的光束的波长进行选择，对通光光强进行调节，所述可变针孔用于对通光口径进行调节，所述可调中性滤光片用于对各波长激光透光率进行调节；

所述多路激光器中的第一激光器发射的第一光束经对应的第一二色镜反射，经所述第一二色镜后的第一光束依次通过所述声光调制器、所述可变针孔和所述可调中性滤光片到达所述中性半透半反镜，由所述中性半透半反镜反射后第一光束经所述第一CCD后形成第一图像A，由所述中性半透半反镜透射后第一光束经所述聚焦透镜后聚焦于所述第二CCD并形成第一图像B；

所述多路激光器中的第二激光器发射的第二光束经对应的第二二色镜反射后再透射所述第一二色镜，经所述第一二色镜后的第二光束依次通过所述声光调制器、所述可变针孔和所述可调中性滤光片到达所述中性半透半反镜，由所述中性半透半反镜反射后第二光束经所述第一CCD后形成第二图像A′，由所述中性半透半反镜透射后第二光束经所述聚焦透镜后聚焦于所述第二CCD并形成第二图像B′，所述第一图像A与所述第二图像A′重合，所述第一图像B与所述第二图像B′重合。

2.根据权利要求1所述的多波长激光合束选通调试系统，其特征在于，所述可变针孔的通光口径可变范围0.5mm～10mm。

3.根据权利要求1所述的多波长激光合束选通调试系统，其特征在于，所述可调中性滤光片对各波长激光透光率为1/100～1/10000。

4.根据权利要求1所述的多波长激光合束选通调试系统，其特征在于，所述第一CCD的感光区域大于激光光斑直径，总像素数为600×800。

5.根据权利要求1所述的多波长激光合束选通调试系统，其特征在于，所述第二CCD的像元尺寸小于5μm，总像素数为600×800。

6.一种多波长激光合束选通调试方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤S110：安装多个激光器和与所述激光器对应设置的二色镜，且使所有光束同轴并通过声光调制器；

步骤S120：调试所述声光调制器，使所有波长激光发生衍射，调整所述激光器和所述二色镜使衍射光重合；

步骤S130：以第一激光器发射的第一光束作为合束基准，在所述声光调制器后依次放置可变针孔、可调中性滤光片、中性半透半反镜、第一CCD、聚焦透镜和第二CCD，其中，所述可变针孔位于光束中心，所述第二CCD位于所述聚焦透镜焦点处；

步骤S140：调节所述可调中性滤光片使所述第一CCD和所述第二CCD都能成像，且所述第一CCD对近场光斑形状成像，可监测光束近点位置，所述第二CCD对光斑聚焦点成像，可监视光束方向；

步骤S150：以第一光束分别在所述第一CCD和所述第二CCD的形成的第一图像A和第一图像B为基准进行合束，通过调节第二激光器和第二二色镜，使第二光束在所述第一CCD上形成的第二图像A′与所述第一图像A重合，使所述第二光束在所述第二CCD上形成的第二图像B′与所述第一图像B重合，完成所述第一激光器和所述第二激光器的合束；

步骤S160：依上述方法对多路激光器中的其他激光器进行合束。

7.根据权利要求6所述的一种多波长激光合束选通调试方法，其特征在于，采用所述激光器的工装对所述激光器进行调节，所述激光器的工装包括左右和俯仰两个方向的调节机构；采用所述二色镜的工装对所述二色镜进行调节，所述二色镜的工装包括左右和俯仰两个方向的调节机构，而使所有光束同轴并通过所述声光调制器。