CN108700509B - 用于宽带光源的光谱调谐的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种可调谐光谱滤波器包含第一可调谐色散元件、第一光学元件、位于焦平面处的空间滤波元件、第二光学元件及第二色散元件。所述第一可调谐色散元件利用可调整色散将光谱色散引入到照明光束。所述第一光学元件将所述照明光束聚焦于焦平面处，其中所述经光谱色散照明光束的光谱在所述焦平面处的分布可通过调整所述第一可调谐色散元件的所述色散而控制。所述空间滤波元件基于所述照明光束的所述光谱在所述焦平面处的所述分布而将所述照明光束的所述光谱滤波。所述第二光学元件收集从所述空间滤波元件透射的所述经光谱色散照明光束。所述第二可调谐色散元件从所述照明光束移除由所述第一可调谐色散元件引入的所述色散。

Description

用于宽带光源的光谱调谐的系统及方法
相关申请案的交叉参考
本申请案依据35U.S.C.§119(e)主张序列号为62/314,364的美国临时申请案的权益，所述美国临时申请案于2016年3月28日提出申请、标题为“宽带相干光源的光谱调谐(SPECTRAL TUNING OF BROADBAND COHERENT LIGHT SOURCES)”、发明人为安德鲁·V.·希尔(Andrew V.Hill)、阿姆农·玛纳森(Amnon Manassen)及欧哈德·巴查(Ohad Bachar)，所述美国临时申请案以全文引用方式并入本文中。
本申请案依据35U.S.C.§119(e)主张列号为62/365,129的美国临时申请案序的权益，所述美国临时申请案于2016年7月21日提出申请、标题为“用于宽带光源的光谱调谐的系统及方法(SYSTEM AND METHOD FOR SPECTRAL TUNING OF BROADBAND LIGHTSOURCES)”、发明人为安德鲁·V.·希尔(Andrew V.Hill)、阿姆农·玛纳森(AmnonManassen)及欧哈德·巴查(Ohad Bachar)，所述美国临时申请案以全文引用方式并入本文中。
技术领域
本发明一般来说涉及宽带光源，且更特定来说，涉及对宽带光源的光谱控制。
背景技术
用于光学计量系统的照明源通常具有严格的操作要求及紧密容限以提供准确计量数据。在一些应用中，可期望提供具有中心波长及带宽的连续调谐能力的照明。举例来说，在散射测量术叠对计量系统中，叠对测量的敏感性可基于叠对目标中的小变化针对不同波长的照明而显著变化。因此，对连续波长范围内的照明光束的中心波长的精确控制可提供宽范围的条件内的准确测量。此外，可期望提供处于高亮度的照明以促进紧密聚焦及高经聚焦强度。因此，对照明光束的带宽的独立控制可提供对照明光束的亮度的控制。
然而，典型可调谐光源可具有低亮度的一或多个照明波长、所透射照明波长及经滤波照明波长之间的低陡度、无法独立地修改中心波长的能力及带宽照明、强度噪声、光谱不稳定性等等。因此，将期望提供一种用于补救例如上文所识别的那些缺陷的缺陷的系统及方法。
发明内容
根据本发明的一或多个实施例揭示一种可调谐光谱滤波器。在一个说明性实施例中，所述滤波器包含第一可调谐色散元件。在另一说明性实施例中，所述第一可调谐色散元件的色散是可调整的。在另一说明性实施例中，所述第一可调谐色散元件将光谱色散引入到照明光束。在另一说明性实施例中，所述滤波器包含第一光学元件以接收来自所述第一可调谐色散元件的所述照明光束且将所述照明光束聚焦于焦平面处。在另一说明性实施例中，所述照明光束的光谱在所述焦平面处的空间分布可通过调整所述第一可调谐色散元件的所述色散而控制。在另一说明性实施例中，所述系统包含位于所述焦平面处的空间滤波元件。在另一说明性实施例中，所述空间滤波元件基于所述照明光束的光谱在所述焦平面处的所述空间分布而将所述照明光束的所述光谱滤波。在另一说明性实施例中，所述滤波器包含第二光学元件以收集来自所述空间滤波元件的具有经滤波光谱的所述照明光束。在另一说明性实施例中，所述滤波器包含第二可调谐色散元件以接收来自所述第二光学元件的所述照明光束。在另一说明性实施例中，所述第二可调谐色散元件的色散可对应于所述第一可调谐色散元件的所述色散。在另一说明性实施例中，所述第二可调谐色散元件从所述照明光束移除由所述第一可调谐色散元件引入的所述光谱色散。
根据本发明的一或多个说明性实施例揭示一种可调谐光谱滤波器。在一个说明性实施例中，所述滤波器包含第一可调谐色散元件。在另一说明性实施例中，所述第一可调谐色散元件的色散是可调整的。在另一说明性实施例中，所述第一可调谐色散元件将光谱色散引入到照明光束。在另一说明性实施例中，所述滤波器包含第一光学元件以接收来自所述第一可调谐色散元件的所述照明光束且将所述照明光束聚焦于第一焦平面处。在另一说明性实施例中，所述照明光束的光谱在所述第一焦平面处的空间分布可通过调整所述第一可调谐色散元件的所述色散而控制。在另一说明性实施例中，所述滤波器包含位于所述第一焦平面处的第一滤波区段。在另一说明性实施例中，所述第一滤波区段基于所述照明光束的光谱在所述第一焦平面处的所述空间分布而将所述照明光束的所述光谱滤波。在另一说明性实施例中，所述滤波器包含第二光学元件以收集来自所述第一滤波区段的所述照明光束。在另一说明性实施例中，所述滤波器包含光束操纵元件，所述光束操纵元件经配置以接收来自所述第二光学元件的所述照明光束且可调整地修改所述照明光束的轨迹。在另一说明性实施例中，所述滤波器包含第三光学元件以接收来自所述光束操纵元件的所述照明光束且将所述照明光束聚焦于第二焦平面处。在另一说明性实施例中，所述照明光束的光谱在所述第二焦平面处的空间分布可通过调整所述光束操纵元件而控制。在另一说明性实施例中，所述滤波器包含位于所述第一焦平面处的第二滤波区段。在另一说明性实施例中，所述第二滤波区段基于所述照明光束的光谱在所述第二焦平面处的所述空间分布而将所述照明光束的所述光谱滤波。在另一说明性实施例中，所述滤波器包含第四光学元件，所述第四光学元件经配置以收集来自所述第二滤波区段的所述照明光束。在另一说明性实施例中，所述滤波器包含第二可调谐色散元件以接收来自所述第四光学元件的所述照明光束。在另一说明性实施例中，所述第二可调谐色散元件的色散可对应于所述第一可调谐色散元件的所述色散。在另一说明性实施例中，所述第二可调谐色散元件从所述照明光束移除由所述第一可调谐色散元件引入的所述光谱色散。
根据本发明的一或多个说明性实施例揭示一种可调谐宽带照明源。在一个说明性实施例中，所述源包含经配置以产生照明光束的照明源。在另一说明性实施例中，所述源包含可调谐光谱滤波器以接收所述照明光束。在另一说明性实施例中，所述源包含第一可调谐色散元件。在另一说明性实施例中，所述第一可调谐色散元件的色散是可调整的。在另一说明性实施例中，所述第一可调谐色散元件将光谱色散引入到所述照明光束。在另一说明性实施例中，所述源包含第一光学元件以接收来自所述第一可调谐色散元件的所述照明光束且将所述照明光束聚焦于焦平面处。在另一说明性实施例中，所述照明光束的光谱在所述焦平面处的空间分布可通过调整所述第一可调谐色散元件的所述色散而控制。在另一说明性实施例中，所述源包含位于所述焦平面处的空间滤波元件。在另一说明性实施例中，所述空间滤波元件基于所述照明光束的光谱在所述焦平面处的所述空间分布而将所述照明光束的所述光谱滤波。在另一说明性实施例中，所述源包含第二光学元件以收集来自所述空间滤波元件的具有经滤波光谱的所述照明光束。在另一说明性实施例中，所述源包含第二可调谐色散元件以接收来自所述第二光学元件的所述照明光束。在另一说明性实施例中，所述第二可调谐色散元件的色散可对应于所述第一可调谐色散元件的所述色散。在另一说明性实施例中，所述第二可调谐色散元件从所述照明光束移除由所述第一可调谐色散元件引入的所述光谱色散。
根据本发明的一或多个说明性实施例揭示一种用于调谐宽带照明源的方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含利用第一可调谐色散元件将光谱色散引入到照明光束。在另一说明性实施例中，所述第一可调谐色散元件的色散是可调整的。在另一说明性实施例中，所述方法包含将所述照明光束聚焦于焦平面处。在另一说明性实施例中，所述照明光束的光谱在所述焦平面处的分布可通过调整所述第一可调谐色散元件的所述色散而控制。在另一说明性实施例中，所述方法包含在所述焦平面处对所述照明光束的所述光谱进行空间滤波。在另一说明性实施例中，所述方法包含利用第二可调谐色散元件移除所述照明光束的所述光谱色散，其中所述第二可调谐色散元件的色散经配置以对应于所述第一可调谐色散元件的所述色散。
应理解，前述大体描述及以下详细描述两者均仅为示范性及解释性的且不必限制所请求的本发明。并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图图解说明本发明的实施例，并与所述大体描述一起用于阐释本发明的原理。
附图说明
所属领域的技术人员可通过参考附图更好地理解本发明的众多优点，其中：
图1是图解说明根据本发明的一或多个实施例的可调谐光谱滤波器的概念视图。
图2A是根据本发明的一或多个实施例的经配置为低通滤波器的滤波元件的俯视图。
图2B是根据本发明的一或多个实施例的经配置为高通滤波器的滤波元件的俯视图。
图2C是根据本发明的一或多个实施例的经配置为陷波滤波器的滤波元件的俯视图。
图2D是根据本发明的一或多个实施例的经配置为带通滤波器的滤波元件的俯视图。
图3A是根据本发明的一或多个实施例的使第一选定波长通过的可调谐光谱滤波器的一部分的示意图。
图3B是根据本发明的一或多个实施例的使第二选定波长通过的可调谐光谱滤波器的一部分的示意图。
图3C是根据本发明的一或多个实施例的使第三选定波长通过的可调谐光谱滤波器的一部分的示意图。
图4是根据本发明的一或多个实施例的可调谐光谱滤波器的概念视图，所述可调谐光谱滤波器包含第一滤波级以提供低通滤波及第二滤波级以提供高通滤波。
图5是图解说明根据本发明的一或多个实施例的用于调谐宽带照明源的方法中所执行的步骤的流程图。
图6是图解说明根据本发明的一或多个实施例的包含可调谐光谱滤波器的可调谐照明源的框图。
具体实施方式
现在将详细参考在附图中所图解说明的所揭示标的物。已关于本发明的某些实施例及特定特征特定地展示及描述本发明。本文中所陈述的实施例被视为说明性的而非限制性的。所属领域的技术人员应容易明了，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出形式及细节上的各种改变及修改。
大体参考图1到6，根据本发明的一或多个实施例揭示用于调谐宽带照明源的光谱内容的系统及方法。举例来说，宽带照明源可包含空间相干照明源，例如但不限于超连续光谱激光器。本发明的实施例针对于一种可调谐光谱滤波器，使得可迅速地调整照明光束的光谱的所通过波长的分布。在一些实施例中，可调谐光谱滤波器包含可调谐色散元件以将光谱色散引入到照明光束中。举例来说，可调谐色散元件可包含声光偏转器，在所述声光偏转器中，通过声波在晶体中传播而产生的衍射光栅可具有可迅速调谐间距及调制深度。额外实施例针对于一种可调谐滤波器，所述可调谐滤波器具有光学元件以将经光谱色散照明光束聚焦到空间滤波器，使得所述空间滤波器基于照明光束的光谱在空间滤波器上的空间分布而将照明光束的光谱滤波。额外实施例针对于一种可调谐光谱滤波器，所述可调谐光谱滤波器包含额外光学元件以将经滤波照明光束引导到额外可调谐色散元件以便移除由第一可调谐色散元件引入的光谱色散。举例来说，第二可调谐色散元件的色散可动态地调整以对应于第一可调谐色散元件的色散。就此来说，照明光束的光谱分量可经重新组合为具有高亮度的单个光束。本发明的其它实施例针对于一种包含可调谐光谱滤波器的可调谐宽带照明源。
本文中认识到，经聚焦照明光束的强度至少部分地取决于照明源的亮度(例如，照明光束的功率对光束直径与光束散度的乘积的平方的比率)。此外，照明光束的空间相干程度影响照明光束可紧密聚焦的程度。因此，具有宽光谱及低散度的空间相干照明光束可尤其适于可调谐照明源。举例来说，超连续光谱激光器可提供具有适于紧密聚焦的高亮度的宽连续照明光谱。就此来说，可调谐照明源可包含空间相干源(例如，超连续光谱激光源等等)及可调谐光谱滤波器以选择源的光谱的所要部分。
进一步认识到，声光偏转器可特别适合于色散(例如，衍射)宽带光，包含空间相干光。声光偏转器可包含以RF频率驱动的换能器在晶体中所诱发的衍射光栅。就此来说，入射于声光偏转器上的宽带照明可被衍射为一或多个衍射级。举例来说，声光可调谐滤波器(AOTF)可利用此原理来选择来自入射光束的以特定角度衍射的光部分。就此来说，退出AOTF的光波长可通过调整声光偏转器的驱动频率及因此所产生衍射光栅的间距而选择。
然而，AOTF可具有使其不适于某些应用的数个缺点。举例来说，AOTF可提供对选定光束的带宽的有限控制，且尝试修改带宽(例如，基于驱动信号的强度而调整光栅的调制深度等等)的尝试可将强度噪声引入到输出光束，此在某些应用中可使性能降级。另外，输出光束可经光谱色散。举例来说，每一波长的输入光束可以不同角度衍射。因此，输出光束可包含比输入光束大的散度角度，此可减小亮度。此外，输出光束可包含空间啾频，使得输出光束的光谱跨越光束轮廓发生空间色散。
本发明的实施例针对于一种可调谐滤波器，所述可调谐滤波器包含：第一可调谐色散元件(例如，声光偏转器等等)，其用以将光谱色散引入到照明光束中；空间滤波器，其用以修改照明光束的光谱；及第二可调谐色散元件，其用以移除由第一可调谐色散元件引入的色散。举例来说，空间滤波器可包含孔隙以选择照明光束的光谱的一部分。就此来说，输出光束的中心波长可基于第一可调谐色散元件的色散(例如，声光偏转器的驱动频率等等)而选择，且输出光束的带宽可基于孔隙的宽度而独立地选择。另外，第二可调谐色散元件可移除与经滤波照明光束相关联的色散，使得输出光束可具有与输入光束相同的散度且可不具有空间啾频。
在一般意义上，光谱滤波器可选择性地使选定波长的照明(例如，电磁辐射等等)通过(例如，透射或反射)。举例来说，光谱滤波器可选择性地修改照明的光谱功率(例如，每单位波长的功率)。此外，光谱滤波器通常可仅减小照明的光谱功率。因此，光谱滤波器的光谱透射率可描述照明随波长而变的透射率(例如，从0％到100％、从0到1等等)。注意，透射率可指通过透射及/或反射而通过滤波器的照明。
此外，可调谐光谱滤波器的光谱透射率可是可调整的。就此来说，可调谐光谱滤波器可动态地修改照明源的光谱内容。举例来说，操作为可调谐带通滤波器的可调谐光谱滤波器可(而非被要求)动态地修改：所通过照明的中心波长、低通截止波长、高通截止波长、所通过波长与经滤波波长之间的转变的锐度等等。以另一实例方式，可调谐光谱滤波器可动态地修改照明的一或多个选定波长的光谱功率(例如，修改滤波器对一或多个选定波长的光谱透射率等等)以提供照明源的经修整光谱轮廓。
在计量系统的照明源的情景中，可调谐光谱滤波器可控制将被引导到样本(例如，半导体晶片等等)的经滤波照明的光谱内容(例如，照明的带宽、通带的中心波长等等)。就此来说，计量系统可包含宽带照明源及可调谐光谱滤波器，以选择性地将照明源的光谱滤波以便给样本提供具有所要光谱性质的照明。此外，可调谐光谱滤波器可提供(而非被要求提供)对经滤波照明的光谱内容的迅速修改、经滤波照明的稳定光谱、所通过照明的所要光谱范围内的光谱功率的最小损失、所拒斥照明的非所要光谱范围内的光谱功率的最大衰减、照明的所通过波长与所拒斥波长之间的急剧转变、高可调谐光谱分辨率(例如，选择性地修改窄波长范围的光谱功率的能力等等)，及/或经滤波照明的相位分布的最小扰动。于2009年10月22日公开的第2009/0262366号美国专利申请公开案中大体描述了角分辨散射计，所述美国专利申请公开案以全文引用方式并入本文中。
另外，注意，可在宽范围的应用中利用可调谐光谱滤波器。因此，本发明的精神及范围可扩展到可调谐光谱滤波器的任何应用。
图1是根据本发明的一或多个实施例的包含可调谐光谱滤波器101的可调谐宽带照明源100的概念视图。在一个实施例中，可调谐宽带照明源100包含：照明源102，其经配置以产生具有包含多个波长的光谱内容的照明光束104；第一可调谐色散元件106，其用以将光谱色散引入到照明光束104；空间滤波元件108，其用以基于光谱在焦平面处的分布而将照明光束滤波；及第二可调谐色散元件110，其用以从照明光束104移除由第一可调谐色散元件106引入的色散。举例来说，第一可调谐色散元件106可使照明光束104发生光谱色散，使得照明光束104的光谱可跨越光束轮廓进行空间分布。空间滤波元件108可选择性地使照明光束的光谱的若干部分通过或阻挡照明光束的光谱的若干部分。就此来说，可调谐光谱滤波器101的光谱透射率可与空间滤波元件108的空间透射率相关。此外，第二可调谐色散元件110可移除由第一可调谐色散元件106引入的光谱色散，使得照明光束104的光谱不再跨越光束轮廓进行空间分布。举例来说，第二可调谐色散元件110的色散可动态地调整为对应于第一可调谐色散元件106的色散以移除由第一可调谐色散元件106引入的色散。因此，可调谐光谱滤波器101可在不修改额外光束特性(例如，散度角度等等)的情况下将照明光束104的光谱内容滤波。
可通过各种方法而调谐可调谐光谱滤波器101的光谱透射率。在一个实施例中，调整第一可调谐色散元件106的色散可修改照明光束104的光谱在空间滤波元件108上的空间分布以控制使照明光束104的光谱的哪些波长通过。在另一实施例中，调整空间滤波元件108的空间透射率(例如，一或多个边缘的位置等等)可修改照明光束104的光谱的通过可调谐光谱滤波器101的部分。
在另一实施例中，可调谐光谱滤波器101包含控制器112，所述控制器通信地耦合到第一可调谐色散元件106、第二可调谐色散元件110或空间滤波元件108中的至少一者。就此来说，控制器112可将一或多个信号提供到用以调谐经滤波照明光束104的光谱内容的一或多个组件。举例来说，控制器112可提供一或多个信号以修改第一可调谐色散元件106及/或第二可调谐色散元件110的色散特性以便修改照明光束104的光谱在空间滤波元件108上的分布。以另一实例方式，控制器112可调整空间滤波元件108的空间透射率分布以控制经滤波(例如，所通过)照明光束104的光谱分布。
照明源102可是此项技术中已知的适于提供具有多个照明波长的照明光束104的任何类型的照明源。照明源102可包含但不限于白光源(例如，具有包含可见波长的光谱的宽带光源)、激光源、弧光灯、无电极灯或激光持续等离子体(LSP)源。在一个实施例中，照明源102是具有高空间相干性的宽带光源。举例来说，照明源102可包含超连续光谱激光器(例如，白光激光器)。以另一实例方式，照明源102可包含与空间滤波器耦合的具有相对低空间相干性的宽带源以提供具有高空间相干性的照明光束104。此外，照明光束104的光谱内容可包含任何范围的波长的光，包含但不限于紫外线(UV)辐射、可见光辐射或红外线(IR)辐射。
在另一实施例中，可调谐光谱滤波器101的第一可调谐色散元件106可将空间色散引入到照明光束104。就此来说，退出第一可调谐色散元件106的照明光束104可具有空间啾频，使得照明光束104的光谱跨越光束轮廓而分布。举例来说，第一可调谐色散元件106可将角度色散引入到照明光束104，使得照明光束104从第一可调谐色散元件106退出的角度根据光谱内容(例如，波长)而变化。以图解方式，如图1中所展示，入射于第一可调谐色散元件106上的包含三个相异波长的照明光束104可被色散为相异子光束(例如，λ1、λ2、λ3)。然而，注意，对与图1中所图解说明及上文所描述的相异波长相关联的子光束的描绘仅是出于说明性目的而提供且不应解释为具限制性。举例来说，照明光束104可包含连续光谱范围，使得经光谱色散照明光束104可包含连续经光谱色散光束(例如，不具有相异子光束)。
第一可调谐色散元件106可是此项技术中已知的适于将光谱色散引入到照明光束104中的任何类型的色散元件。举例来说，第一可调谐色散元件106可通过任何机制(例如但不限于衍射或折射)将色散引入到照明光束104中。此外，第一可调谐色散元件106可由透射式及/或反射式光学元件形成。
在另一实施例中，第一可调谐色散元件106包含动态产生的衍射光栅。就此来说，衍射光栅可动态地产生于衬底材料(例如，透明光学材料)中。此外，可动态地修改第一可调谐色散元件106的色散以便通过调整动态产生的衍射光栅的物理特性而调谐可调谐光谱滤波器101。举例来说，动态产生的衍射光栅的周期或调制深度可经调整(例如，经由控制器112)以控制色散值(例如，特定波长的照明被衍射的角度)。以另一实例方式，动态产生的衍射光栅的调制深度可经调整(例如，经由控制器112)以控制色散的效率(例如，特定波长的照明被衍射的效率值)。
举例来说，第一可调谐色散元件106可包含但不限于电光偏转器上的声光偏转器(例如，声光调制器等等)。在一个实施例中，第一可调谐色散元件106包含由与换能器耦合的固体介质组成的声光偏转器，所述换能器经配置以产生通过固体介质而传播的超音波。固体介质的性质(例如但不限于折射率)可通过传播超音波而修改，使得照明光束104在与固体介质相互作用后即刻被衍射。此外，超音波可在固体介质中以声速传播穿过介质且具有与驱动信号的频率以及固体介质中的声速相关的波长。因此，可动态地调整换能器的调制频率及/或调制强度以修改动态产生的衍射光栅的物理特性及第一可调谐色散元件106的对应色散性质(例如，色散)。
在另一实施例中，可调谐光谱滤波器101包含第一光学元件114(例如，一或多个透镜等等)以将经光谱色散照明光束104聚焦到焦平面116，使得照明光束104的光谱可跨越焦平面116进行空间分布。举例来说，包含衍射光栅的第一可调谐色散元件106可通过以不同角度衍射照明光束104的每一波长的照明而引入角度色散。第一光学元件114可从第一可调谐色散元件106收集任何衍射级的光(例如，±1级衍射、±2级衍射等等)。此外，第一光学元件114可在焦平面116处将角度色散变换为线性色散，使得照明光束104的光谱内的每一波长的照明可被聚焦到焦平面116中的不同位置。
本文中注意到，焦平面116可对应于照明光束104的光谱分量沿其被聚焦的任一表面。举例来说，焦平面116可包含平坦平面。以另一实例方式，焦平面116可包含弯曲表面。此外，焦平面116可(而非被要求)正交于色散平面。
在另一实施例中，可调谐光谱滤波器101的空间滤波元件108位于焦平面116处。就此来说，空间滤波元件108可对经光谱色散照明光束104进行空间滤波。举例来说，空间滤波元件108可具有描述照明(例如，任何波长的照明)随位置而变的透射率的空间透射率。因此，照明光束104的每一波长的照明的光谱功率可根据空间滤波元件108的空间透射率而修改。就此来说，可调谐光谱滤波器101的光谱透射率可是可通过空间滤波元件108的空间透射率而受控制的。在一个例子中，空间滤波元件108可使选定波长(或波长范围)的照明光束104(例如，如图1中所图解说明的λ2)通过。
空间滤波元件108可(而非被要求)具有对应于焦平面116的形状的形状。在一个实施例中，空间滤波元件108可具有弯曲形状以匹配包含弯曲表面的焦平面116(例如，如通过第一可调谐色散元件106及/或第一光学元件114而确定)。
在另一实施例中，可调谐光谱滤波器101包含第二光学元件118(例如，一或多个透镜等等)以收集通过空间滤波元件108的经光谱色散照明。举例来说，第二光学元件118可收集来自空间滤波元件108的经光谱色散且经滤波照明光束104的至少一部分且可将照明光束104的所收集部分引导到第二可调谐色散元件110。此外，第二光学元件118可将所收集的经光谱色散且经滤波照明光束104引导到第二可调谐色散元件110。在一个实施例中，第二光学元件118与第一光学元件114互补。举例来说，第二光学元件118可将照明光束104的光谱的线性色散变换为角度色散。
在另一实施例中，第二可调谐色散元件110移除照明光束104的光谱色散。举例来说，第二可调谐色散元件110可具有可经调整以对应于第一可调谐色散元件106的色散的色散以便移除由第一可调谐色散元件106引入的光谱色散。举例来说，第一可调谐色散元件106及第二可调谐色散元件110可各自包含由具有可调整频率及/或振幅的驱动信号(例如，由控制器112所提供)驱动的声光偏转器以产生具有可调整频率及/或调制深度的衍射光栅。就此来说，第一可调谐色散元件106及第二可调谐色散元件110的驱动信号可是互补的，使得当第一可调谐色散元件106的色散经调谐以控制可调谐光谱滤波器101的光谱滤波特性时，第二可调谐色散元件110可移除照明光束104中的光谱色散。此外，第二可调谐色散元件110可相对于来自第二光学元件118的照明光束104而定向，使得照明光束104的经分布光谱分量重新组合且沿着共同传播路径行进。就此来说，退出第二可调谐色散元件110的照明光束104是输入照明光束104的经光谱滤波版本。此外，退出第二可调谐色散元件110的照明光束104可不具有空间啾频。
第一可调谐色散元件106与第二可调谐色散元件110可是(而非被要求是)一对经匹配色散元件，使得第二可调谐色散元件110可移除由第一可调谐色散元件106引入的光谱色散。在一个实施例中，第一可调谐色散元件106与第二可调谐色散元件110是具有经匹配驱动信号的一对经匹配声光偏转器。在另一实施例中，第二可调谐色散元件110不匹配第一可调谐色散元件106。举例来说，第一可调谐色散元件106与第二可调谐色散元件110的驱动频率可不同(例如，使得第一可调谐色散元件106及第二可调谐色散元件110利用不同衍射级等等)。以另一实例方式，第二可调谐色散元件110的驱动信号可经调整以移除与可调谐光谱滤波器101的额外组件(例如但不限于第一光学元件114、第二光学元件118或空间滤波元件108)相关联的色散。以又一实例方式，第一可调谐色散元件106及第二可调谐色散元件110可具有不同操作原理(例如，声光偏转、电光偏转等等)。
在另一实施例中，第一光学元件114与第二光学元件118形成光学中继系统。举例来说，第一光学元件114与第二光学元件118可形成远焦光学中继器(例如，远焦光瞳中继器等等)。就此来说，第一光学元件114及第二光学元件118可将照明光束104在第一可调谐色散元件106处的分布中继到第二可调谐色散元件110。举例来说，经准直照明光束104可入射于第一可调谐色散元件106上，且经准直且经光谱滤波照明光束104可退出第二可调谐色散元件110。因此，可调谐光谱滤波器101可最低限度地影响照明光束104的性质，例如但不限于(例如，所通过波长的)散度(例如，准直程度)、空间相干性或亮度，此可促进可调谐光谱滤波器101到任一系统(例如，计量系统等等)中的集成。
空间滤波元件108可具有任何空间透射率分布以便提供此项技术中已知的任何滤波操作。因此，可调谐光谱滤波器101可操作为任何类型的光谱滤波器，例如但不限于低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器或陷波滤波器。图2A到2D是对应于不同滤波操作的空间滤波元件108的说明性俯视图。举例来说，第一可调谐色散元件106可将照明光束104沿X方向进行光谱色散，使得照明光束104的波长沿正X方向而增加，如图2A到2D中所定义。因此，照明光束104的光谱功率可根据空间滤波元件108沿X方向的空间透射率分布而修改。
图2A是根据本发明的一或多个实施例的经配置为低通滤波器的空间滤波元件108的俯视图。在一个实施例中，空间滤波元件108包含低通滤波区段202以拒斥沿焦平面116的X方向分布于拒斥带204内的照明。相反地，通带206内的照明可通过空间滤波元件108。就此来说，空间滤波元件108可选择性地使位于范围206内的照明光束104的波长通过。此外，可调谐所通过照明与所拒斥照明之间的截止波长。举例来说，控制器112可指导第一可调谐色散元件106修改波长的角度分布(例如，通过修改动态产生的衍射光栅的间距等等)以控制通过范围206内的波长分布。以另一实例方式，控制器112可指导空间滤波元件108修改低通滤波区段202在焦平面116内的位置以控制通过范围206内的波长分布。
图2B是根据本发明的一或多个实施例的经配置为高通滤波器的空间滤波元件108的俯视图。在一个实施例中，空间滤波元件108包含高通滤波区段208以使沿焦平面116的X方向分布于通带210内的照明通过。相反地，拒斥带212内的照明可被空间滤波元件108拒斥。就此来说，空间滤波元件108可选择性地使位于通带210内的照明光束104的波长通过。此外，可调谐所通过照明与所拒斥照明之间的截止波长。举例来说，控制器112可指导第一可调谐色散元件106修改波长的角度分布(例如，通过修改动态产生的衍射光栅的间距等等)以控制通带210内的波长分布。以另一实例方式，控制器112可指导空间滤波元件108修改低通滤波区段202在焦平面116内的位置以控制通带210内的波长分布。
图2C是根据本发明的一或多个实施例的经配置为陷波滤波器的空间滤波元件108的俯视图。在一个实施例中，空间滤波元件108包含陷波滤波区段214以拒斥沿焦平面116的X方向分布于拒斥带216内的照明。相反地，通带218a、218b内的照明可通过空间滤波元件108。就此来说，空间滤波元件108可选择性地使位于通带218a、218b内的照明光束104的波长通过。此外，可调谐所通过照明与所拒斥照明之间的截止波长。举例来说，控制器112可指导第一可调谐色散元件106修改波长的角度分布(例如，通过修改动态产生的衍射光栅的间距等等)以控制通带218a、218b内的波长分布。以另一实例方式，控制器112可指导空间滤波元件108修改低通滤波区段202在焦平面116内的位置以控制通带218a、218b内的波长分布。此外，空间滤波元件108可包含任何数目个额外陷波滤波区段214以选择性地拒斥焦平面116中的照明。
图2D是根据本发明的一或多个实施例的经配置为带通滤波器的空间滤波元件108的俯视图。在一个实施例中，空间滤波元件108包含低通滤波区段202以拒斥沿焦平面116的X方向分布于拒斥带220a内的照明，且包含高通滤波区段208以拒斥分布于拒斥带220b内的照明。相反地，通带222内的照明可通过空间滤波元件108。就此来说，空间滤波元件108可选择性地使位于通带222内的照明光束104的波长通过。此外，可调谐所通过照明与所拒斥照明之间的截止波长(例如，低通截止波长及高通截止波长)。举例来说，控制器112可指导第一可调谐色散元件106修改波长的角度分布(例如，通过修改动态产生的衍射光栅的间距等等)以控制通带222内的波长分布。以另一实例方式，控制器112可指导空间滤波元件108修改低通滤波区段202及/或高通滤波区段208在焦平面116内的位置以控制通带222内的波长分布。在一个例子中，控制器112可修改低通滤波区段202与高通滤波区段208之间的间隔以调整通带222的宽度及对应地所通过照明的带宽。在另一例子中，控制器112可同时平移低通滤波区段202及高通滤波区段208以修改照明光束104的中心波长以便通过带通滤波器。
图3A到3C是可调谐光谱滤波器101的一部分的示意图，其图解说明照明光束104的照明的选定波长(例如，所通过照明的中心波长)的可调谐选择。图3A是根据本发明的一或多个实施例的可调谐光谱滤波器101的使第一选定波长(λ1)通过的一部分的示意图。图3B是根据本发明的一或多个实施例的可调谐光谱滤波器101的使第二选定波长(λ2)通过的一部分的示意图。图3C是根据本发明的一或多个实施例的可调谐光谱滤波器101的使第三选定波长(λ3)通过的一部分的示意图。
在一个实施例中，第一可调谐色散元件106将包含三个相异波长的照明光束104色散为相异子光束(例如，λ1、λ2、λ3)。此外，从第一可调谐色散元件106引导的子光束的退出角度可根据波长而变化。如图3A到3C中所图解说明，位于焦平面116处的空间滤波元件108可对照明光束104进行空间滤波以选择照明光束104的特定波长或波长范围。举例来说，空间滤波元件108可经配置以操作为带通滤波器(例如，如图2D中所描绘)。
在一个实施例中，第一可调谐色散元件106包含声光偏转器。举例来说，第一可调谐色散元件106可包含耦合到透明介质304的换能器302。此外，换能器302可通信地耦合到控制器112。就此来说，换能器可产生传播穿过透明介质304以动态地产生衍射光栅的超音波(例如，响应于射频(RF)信号)。
通过空间滤波元件108(及因此可调谐光谱滤波器101)的照明光束104的光谱可通过控制波长在空间滤波元件108上的空间分布及/或空间滤波元件108的空间透射率而调整(例如，经由控制器112)。在一个实施例中，控制器112指导第一可调谐色散元件106修改动态产生的衍射光栅的间距。举例来说，控制器112可修改到换能器302的RF信号以修改传播穿过第一可调谐色散元件106的透明介质304的超音波的频率。因此，每一波长的照明光束104的衍射角度可经调整使得可对应地调整通过空间滤波元件108的通带(例如，与图2D中所图解说明的通带222相关联)的照明光束104的波长范围。在一个例子中，控制器112将具有第一频率的第一RF信号提供到换能器302以选择性地使第一选定波长(λ1)通过，如图3A中所图解说明。在另一例子中，控制器112将具有第二频率的第二RF信号提供到换能器302以选择性地使第二选定波长(λ2)通过，如图3B中所图解说明。在另一例子中，控制器112将具有第三频率的第三RF信号提供到换能器302以选择性地使第三选定波长(λ3)通过，如图3C中所图解说明。
在另一实施例中，控制器112可同时指导空间滤波元件108修改低通滤波区段202及/或高通滤波区段208的位置以进一步控制照明光束104的光谱。举例来说，控制器112可通过调整第一可调谐色散元件106的色散而控制通过空间滤波元件108的照明光束104的中心波长且可通过调整低通滤波区段202与高通滤波区段208之间的间隔而进一步控制通过空间滤波元件108的照明光束104的带宽。
在一些实施例中，可调谐光谱滤波器101可包含多个空间滤波级以修改照明光束104的光谱内容。因此，可调谐光谱滤波器101可包含位于多个焦平面116处的多个滤波元件108。
图4是根据本发明的一或多个实施例的可调谐光谱滤波器101的概念视图，所述可调谐光谱滤波器包含第一滤波级402以提供低通滤波及第二滤波级404以提供高通滤波。在一个实施例中，第一可调谐色散元件106将包含三个相异波长的照明光束104色散为相异子光束(例如，λ1、λ2、λ3)。此外，从第一可调谐色散元件106引导的子光束的退出角度可根据波长而变化。在另一实施例中，第一光学元件114a将经光谱色散照明光束104聚焦到第一焦平面116a上。在另一实施例中，位于第一焦平面116a处的第一滤波元件108a提供对照明光束104的低通滤波。举例来说，如图4中所图解说明，第一焦点滤波元件108a可如图2A中所描绘而配置，使得照明光束104的一个选定波长(λ3)位于拒斥带中，而照明光束104的其余波长(λ1、λ2)位于通带中。在另一实施例中，第二光学元件118a收集经光谱色散照明光束104。
在另一实施例中，可调谐光谱滤波器101包含第二级的第一光学元件114b。举例来说，第一光学元件114b可将经光谱色散照明光束104聚焦到第二焦平面116b上。在另一实施例中，位于第二焦平面116b处的第二滤波元件108b提供对照明光束104的高通滤波。举例来说，如图4中所图解说明，第二滤波元件108b可如图2B中所描绘而配置，使得照明光束104的一个选定波长(λ1)位于拒斥带中，而照明光束104的其余波长(λ2)位于通带中。在另一实施例中，可调谐光谱滤波器101包含第二光学元件118b以收集经光谱色散照明光束。就此来说，可调谐光谱滤波器101可通过两个滤波级而选择单个波长(λ2)。
在另一实施例中，可调谐光谱滤波器101包含位于第二级的第一光学元件114b前面的光束操纵元件406。光束操纵元件406可控制照明光束104在第二焦平面116b中的光谱分布(例如，以控制高通截止波长)。光束操纵元件406可是此项技术中已知的任何类型的光束操纵元件。举例来说，可调整镜406可包含安装于平移载台(例如但不限于旋转平移载台或线性平移载台)上的镜。此外，平移载台可是此项技术中已知的任何类型的平移载台，例如但不限于步进电动机载台、伺服电动机载台、压电换能器、电流计镜等等)。以另一实例方式，可调整镜406可是可动态控制镜，例如但不限于可变形镜或微镜阵列。
应注意，本文中提供在图3A到4中图解说明且上文描述的与相异波长相关联的子光束的描绘仅为说明目的且不应解释为具限制性。举例来说，照明光束104可包含连续光谱范围，使得经光谱色散照明光束104可包含连续经光谱色散光束(例如，不具有相异子光束)。因此，空间滤波元件108可使与通带相关联的连续范围的波长通过。此外，包含多个通带的空间滤波元件108可使多个波长范围通过。
再次参考图1，在一个实施例中，照明源102可包含此项技术中已知的任何多波长照明源。举例来说，照明源102可包含但不限于白光激光源或超连续光谱激光源。另外，照明光束104可经由自由空间传播或导向灯(例如，光纤、光管等等)而递送。
注意，色散元件(例如，第一可调谐色散元件106及/或第二可调谐色散元件110)中的任一者可包含此项技术中已知的任何类型的色散元件。因此，上文对动态产生的衍射光栅的描述仅是出于说明性目的而提供且不应解释为具限制性。举例来说，色散元件中的任一者可由固定(例如，所制作等等)色散元件形成。在一个例子中，色散元件中的任一者可包含棱镜以通过根据光谱内容(例如，波长)以不同角度折射照明光束104而对照明光束104进行光谱色散。就此来说，棱镜的色散性质可通过平移(例如，旋转等等)棱镜而修改(例如，响应于来自控制器112的信号)。在另一例子中，色散元件中的任一者可包含固定衍射式光学元件以通过衍射对照明光束104进行光谱色散(或光谱组合)。举例来说，色散元件可包含任何类型的衍射光栅，例如但不限于全像光栅、刻线光栅或炫耀光栅。
在另一实施例中，第一可调谐色散元件106及第一光学元件114的功能可使用单个物理组件(例如弯曲衍射光栅)而实现，所述单个物理组件将空间色散引入到照明光束104中且同时在焦平面116处聚焦照明光束104。类似地，第二可调谐色散元件110及第二光学元件118的功能可使用单个物理组件而实现。
注意，空间滤波元件108可包含此项技术中已知的任何类型的空间滤波器。在一些实施例中，空间滤波器由具有明确界定的边缘(例如，“刀刃”等等)的一或多个非透明(例如，全反射及/或吸收)材料形成。举例来说，低通滤波区段202、高通滤波区段208、陷波滤波区段214等等可由一或多个“刀刃”形成。进一步注意，明确界定的边缘可提供所通过波长与所拒斥波长之间的急剧转变及因此高光谱分辨率。作为另一实例，空间滤波元件108可由包含一或多个开口的孔隙形成。就此来说，照明光束104的所通过波长可传播穿过孔隙的一或多个开口。
在一些实施例中，可平移(例如，响应于来自控制器112的信号)阻挡元件(例如，滤波区段)中的一或多者以选择特定波长的照明光束104来传播穿过空间滤波元件108的通带。举例来说，一或多个滤波区段可紧固到通信地耦合到控制器112的一或多个平移载台(未展示)。平移载台可是此项技术中已知的适于操纵滤波区段的位置的任何类型的平移载台。举例来说，滤波元件可是由步进电动机、伺服电动机、压电换能器、电流计致动器等等驱动的经紧固线性平移载台。
在另一实施例中，空间滤波元件108包含切趾元件。举例来说，切趾元件可包含具有梯度透射轮廓的一或多个部分，使得所通过照明的振幅可逐渐变化。就此来说，切趾元件可促进平滑光谱轮廓及/或补偿衍射式元件(例如，经配置为衍射光栅的第一可调谐色散元件106等等)的衍射效率的变化。此外，切趾元件可减小不希望光学效应，例如但不限于和空间滤波元件108与照明光束104之间的相互作用相关联的衍射效应或窗口化效应(windowing effect)。
在另一实施例中，空间滤波元件108可提供经像素化滤波元件。就此来说，空间滤波元件108可提供可动态寻址空间透射率功能以选择性地修改多个位置(例如，对应于多个波长)的振幅。举例来说，空间滤波元件108可包含通信地耦合到控制器112的空间光调制器。空间光调制器可含有可个别寻址的区域或像素，所述可个别寻址的区域或像素可使用控制器112来配置以使入射于每一像素上的波长通过或拒斥入射于每一像素上的波长。此空间光调制器可以其中选定的所通过波长被引导穿过空间光调制器的透射模式或以其中选定的所通过波长被反射的反射模式进行操作。以另一实例方式，空间滤波元件108可包含可经配置以根据照明光束104的光谱的空间分布使选定波长通过的微机电系统(MEMS)装置或纳米机电系统(NEMS)装置。在一个例子中，空间滤波元件108可包含但不限于可变形镜或微镜装置。就此来说，将通过的选定波长可被引导到系统中的后续元件(例如，第二光学元件118)，而其余波长被反射远离空间滤波元件108(例如，被反射到光束阻挡块或挡板)。
在一些实施例中，可通过利用围绕空间滤波元件108光学对称的配置而减小可调谐光谱滤波器101中的物理元件的数目。就此来说，空间滤波元件108可经配置而以反射模式操作。因此，所通过波长可自空间滤波元件108被反射并沿镜像光学路径往回传播穿过第一可调谐色散元件106，使得照明光束104中由第一可调谐色散元件106引入的空间色散被移除。此外，经光谱滤波输出照明光束104可通过此项技术中已知的任何方法而选择且不同于输入照明光束104。举例来说，可调谐光谱滤波器101可包含偏光分束器及用于选定波长的四分之一波片，使得通过空间滤波元件108的所述选定波长在与第二通路上的偏光分束器相互作用后即刻沿不同于输入照明光束104的光学路径被偏转。
在另一实施例中，控制器112包含一或多个处理器120。在另一实施例中，一或多个处理器120经配置以执行存储器媒体122或存储器中所维持的一组程序指令。此外，控制器112可包含一或多个模块，所述一或多个模块含有存储于存储器媒体122中的可由一或多个处理器120执行的一或多个程序指令。控制器112的一或多个处理器120可包含此项技术中已知的任何处理元件。在此意义上，一或多个处理器120可包含经配置以执行算法及/或指令的任何微处理器类型装置。在一个实施例，一或多个处理器120可由桌上型计算机、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或经配置以执行经配置以如本发明通篇中所描述而操作可调谐光谱滤波器101的程序的任何其它计算机系统(例如，联网计算机)组成。进一步认识到，术语“处理器”可广义上定义为涵盖具有执行来自非暂时性存储器媒体122的程序指令的一或多个处理元件的任何装置。
本文中认识到，本发明通篇中所描述的步骤可由控制器112实施。此外，控制器112可由单个组件或多个组件形成。本文中进一步注意到，控制器112的多个组件可装纳于共同壳体中或多个壳体内。以此方式，任何控制器或控制器组合可被单独地封装为适于集成到可调谐光谱滤波器101中的模块。
存储器媒体122可包含此项技术中已知的适于存储可由相关联的一或多个处理器120执行的程序指令的任何存储媒体。举例来说，存储器媒体122可包含非暂时性存储器媒体。作为额外实例，存储器媒体122可包含但不限于只读存储器、随机存取存储器、磁性或光学存储器装置(例如，磁盘)、磁带、固态驱动器等等。进一步注意到，存储器媒体122可与一或多个处理器120一起装纳于共同控制器壳体中。在一个实施例中，存储器媒体122可相对于一或多个处理器120及控制器112的物理位置远程地定位。举例来说，控制器112的一或多个处理器120可存取可通过网络(例如，因特网、内联网等等)存取的远程存储器(例如，服务器)。因此，以上描述不应解释为对本发明的限制，而是仅为图解。
图5是图解说明根据本发明的一或多个实施例的用于调谐宽带照明源的方法500中所执行的步骤的流程图。申请人注意到，本文中先前在可调谐光谱滤波器101的情景中所描述的实施例及使能技术应解释为扩展到方法500。然而，进一步注意到，方法500不限于可调谐光谱滤波器101的架构。
在一个实施例中，方法500包含利用第一可调谐色散元件将光谱色散引入到照明光束的步骤502。举例来说，可通过第一可调谐色散元件(例如，衍射光栅等等)对具有宽带光谱分布的照明光束进行光谱色散，使得不同光谱分量(例如，不同波长)沿不同路径传播。在另一实施例中，第一可调谐色散元件的色散是可调整的。举例来说，第一可调谐色散元件可包含动态产生的衍射光栅(例如，声光偏转器、电光偏转器等等)，使得动态产生的衍射光栅的间距及/或调制深度可被调整。
在另一实施例中，方法500包含将经光谱色散照明光束聚焦于焦平面处的步骤504。举例来说，经光谱色散照明光束可由光学元件(例如，透镜)收集并聚焦到焦平面。此外，照明光束的光谱在焦平面处的分布可通过调整第一可调谐色散元件的色散而控制。就此来说，第一色散元件的色散可经调整以控制经光谱色散照明光束的光谱在焦平面处的分布及因此退出滤波器的照明光束的经滤波光谱。
在另一实施例中，方法500包含在焦平面处对照明光束的光谱进行空间滤波的步骤506。举例来说，位于焦平面处的空间滤波器可具有描述随空间滤波器上的位置而变的透射功率的空间透射率分布。就此来说，空间滤波器的空间透射率可控制经光谱色散照明光束的光谱透射率。退出滤波器的照明光束的最终经滤波光谱可通过调整第一可调谐色散元件的色散及/或空间滤波器的配置而调谐。举例来说，宽带照明源的中心波长及带宽可通过以下方式而调谐：调整第一可调谐色散元件的色散以在包含孔隙的空间滤波器的中心上提供所要中心波长；及进一步调整孔隙的宽度以控制所通过照明的带宽。
在另一实施例中，方法500包含利用第二可调谐色散元件移除照明光束的光谱色散的步骤508。举例来说，第二色散元件可具有类似于第一可调谐色散元件的色散(例如，具有与所述色散元件互补的色散特性)且可进一步经定向使得经空间分布光谱分量可经组合以沿共同传播路径传播。就此来说，退出第二可调谐色散元件的照明光束的光束特性(例如，散度角度等等)可匹配入射于第一可调谐色散元件上的照明光束的光束特性。
图6是图解说明根据本发明的一或多个实施例的包含可调谐光谱滤波器101的可调谐照明源600的框图。在一个实施例中，可调谐照明源600包含经配置以产生具有宽光谱(例如，白光光谱、来自所产生超连续光谱的光谱等等)的照明光束104的宽带照明源102。在另一实施例中，可调谐照明源600包含可调谐光谱滤波器101以选择性地提供经光谱滤波照明光束104。
在另一实施例中，可调谐照明源600包含第一偏光器602以将经光谱滤波照明光束104线性地偏光。在另一实施例中，可调谐照明源600包含偏光旋转器604(例如，泡克耳斯盒(Pockels cell)等等)以可控制地修改经光谱滤波照明光束104的偏光。就此来说，经光谱滤波照明光束104可具有旋转到任何所要角度的线性偏光。在另一实施例中，可调谐照明源600包含第二偏光器606。就此来说，第二偏光器606可将经光谱滤波照明光束104分裂为具有正交偏光的两个光束(例如，s及p偏光等等)。举例来说，具有45°偏光(例如，由偏光旋转器604所诱发)的经光谱滤波照明光束104可被分裂为具有相等功率的两个光束。在另一实施例中，可调谐照明源600包含光纤耦合器608以将具有正交偏光的两个经光谱滤波照明光束耦合到光纤610(例如，偏光维持光纤等等)中。
在另一实施例中，可调谐照明源600包含位于第二偏光器606前面的可平移镜612。举例来说，可平移镜612(例如，压电镜等等)可提供经光谱滤波照明光束104在光纤610中的每一者上的良好定位。在另一实施例中，可调谐照明源600包含光学快门以选择性地使照明通过光纤610或阻挡照明。
本文中所描述的标的物有时图解说明含于其它组件内或与其它组件连接的不同组件。应理解，此些所描绘架构仅是示范性的，且事实上可实施实现相同功能性的许多其它架构。在概念意义上，实现相同功能性的任一组件布置是有效地“相关联”的以使得实现所要功能性。因此，可将本文中经组合以实现特定功能性的任何两个组件视为彼此“相关联”以使得实现所要功能性，而不管架构或中间组件如何。同样地，也可将如此相关联的任何两个组件视为彼此“连接”或“耦合”以实现所要功能性，且也可将能够如此相关联的任何两个组件视为彼此“可耦合”以实现所要功能性。可耦合的特定实例包含但不限于可物理上交互及/或物理上交互的组件及/或可以无线方式交互及/或以无线方式交互的组件及/或可逻辑上交互及/或逻辑上交互的组件。
相信，通过前述描述将理解本发明及其许多伴随优点，且将明了，可在组件的形式、构造及布置上做出各种改变，此并不背离所揭示标的物或不会牺牲所有其实质优点。所描述的形式仅是解释性的，且所附权利要求书的意图是涵盖并包含此类改变。此外，应理解，本发明由所附权利要求书定义。

Claims (44)

1.一种可调谐光谱滤波器，其包括：
第一可调谐色散元件，其中所述第一可调谐色散元件的色散是可调整的，其中所述第一可调谐色散元件经配置以将光谱色散引入到照明光束；
第一光学元件，所述第一光学元件经配置以接收来自所述第一可调谐色散元件的所述照明光束且将所述照明光束聚焦于焦平面处，其中所述照明光束的光谱在所述焦平面处的空间分布可通过调整所述第一可调谐色散元件的所述色散而控制；
空间滤波元件，其位于所述焦平面处，其中所述空间滤波元件基于所述照明光束的光谱在所述焦平面处的所述空间分布而将所述照明光束的所述光谱滤波以形成具有经滤波光谱的经滤波照明光束；
第二光学元件，其经配置以收集来自所述空间滤波元件的具有经滤波光谱的所述经滤波照明光束；
第二可调谐色散元件，其经配置以接收来自所述第二光学元件的所述经滤波照明光束，其中所述第二可调谐色散元件的色散经配置以对应于所述第一可调谐色散元件的所述色散，其中所述第二可调谐色散元件经配置以从所述经滤波照明光束移除由所述第一可调谐色散元件引入的所述光谱色散；及
控制器，其通信地耦合至所述第一可调谐色散元件、所述第二可调谐色散元件以及所述空间滤波元件，其中所述控制器经配置以改动所述第一可调谐色散元件和所述第二可调谐色散元件的色散特性以改动所述照明光束的光谱在所述空间滤波元件上的所述分布；
其中所述第一可调谐色散元件和所述第二可调谐色散元件中的至少一者包括衍射光栅，其中所述衍射光栅包括声光偏转器。
2.根据权利要求1所述的可调谐光谱滤波器，其中所述衍射光栅的间距或衍射效率中的至少一者是可调整的。
3.根据权利要求1所述的可调谐光谱滤波器，其中所述衍射光栅包括：
电光偏转器。
4.根据权利要求1所述的可调谐光谱滤波器，其中空间滤波元件包含滤波区段以基于所述照明光束的所述光谱在所述滤波区段上的空间分布而阻挡所述照明光束的所述光谱的一部分。
5.根据权利要求4所述的可调谐光谱滤波器，其中调整所述第一可调谐色散元件的所述色散会控制被所述滤波区段阻挡的所述照明光束的所述光谱的所述部分。
6.根据权利要求1所述的可调谐光谱滤波器，其中所述空间滤波元件包括：
孔隙，其用以基于所述照明光束的所述光谱在所述孔隙上的空间分布而使所述照明光束的所述光谱的一部分通过。
7.根据权利要求6所述的可调谐光谱滤波器，其中所述孔隙包含以所述孔隙的宽度分隔开的第一滤波区段及第二滤波区段，其中所述第一滤波区段经配置以阻挡所述照明光束的所述光谱的第一部分，其中所述第二滤波区段经配置以阻挡所述照明光束的所述光谱的第二部分，其中所述照明光束的所述光谱的第三部分传播穿过所述孔隙且被所述第二光学元件收集。
8.根据权利要求7所述的可调谐光谱滤波器，其中调整所述第一可调谐色散元件的所述色散会控制所述经滤波照明光束的中心波长。
9.根据权利要求6所述的可调谐光谱滤波器，其中所述孔隙的宽度是可调整的。
10.根据权利要求9所述的可调谐光谱滤波器，其中调整所述孔隙的所述宽度会控制所述经滤波照明光束的带宽。
11.根据权利要求1所述的可调谐光谱滤波器，其中所述空间滤波元件包括：
透射式滤波元件或反射式滤波元件中的至少一者。
12.根据权利要求1所述的可调谐光谱滤波器，其中所述空间滤波元件包括：
经像素化滤波元件。
13.根据权利要求12所述的可调谐光谱滤波器，其中所述经像素化滤波元件包括：
空间光调制器、微镜阵列或可变形镜中的至少一者。
14.根据权利要求1所述的可调谐光谱滤波器，其中所述空间滤波元件包括：
一或多个切趾元件。
15.根据权利要求1所述的可调谐光谱滤波器，其中所述第一光学元件及所述第二光学元件包括：
远焦光学中继器。
16.根据权利要求1所述的可调谐光谱滤波器，其中所述空间滤波元件的至少一部分为反射式，其中所述第一光学元件和所述第二光学元件以单个光学元件实现，其中所述第一可调谐色散元件和所述第二可调谐色散元件以单个调谐色散元件实现，其中所述空间滤波元件反射所述经滤波照明光束而沿镜像光学路径通过所述单个可调谐色散元件和所述单个光学元件，其中所述单个光学元件经配置以收集来自所述空间滤波元件的所述经滤波照明光束，其中所述单个可调谐色散元件经配置以从所述经滤波照明光束移除所述光谱色散。
17.根据权利要求16所述的可调谐光谱滤波器，其进一步包括：
偏光分束器，其位于所述单个可调谐色散元件之前的所述照明光束的光学路径上；及
四分之一波片，其位于在所述偏光分束器和所述单个可调谐色散元件之间的所述照明光束的所述光学路径上，其中所述偏光分束器将所述照明光束与沿着所述镜像光学路径从所述单个可调谐色散元件接收的所述经滤波照明光束分离。
18.根据权利要求16所述的可调谐光谱滤波器，其中所述空间滤波元件包括：
微机电系统。
19.根据权利要求16所述的可调谐光谱滤波器，其进一步包括：
光束操纵元件，其中所述照明光束的所述光谱在所述焦平面处的所述空间分布通过调整所述光束操纵元件而能进一步控制。
20.一种可调谐光谱滤波器，其包括：
第一可调谐色散元件，其中所述第一可调谐色散元件的色散是可调整的，其中所述第一可调谐色散元件经配置以将光谱色散引入到照明光束；
第一光学元件，所述第一光学元件经配置以接收来自所述第一可调谐色散元件的所述照明光束且将所述照明光束聚焦于第一焦平面处，其中所述照明光束的光谱在所述第一焦平面处的空间分布可通过调整所述第一可调谐色散元件的所述色散而控制；
第一滤波区段，其位于所述第一焦平面处，其中所述第一滤波区段基于所述照明光束的光谱在所述第一焦平面处的所述空间分布而将所述照明光束的所述光谱滤波；
第二光学元件，其经配置以收集来自所述第一滤波区段的所述照明光束；
光束操纵元件，其经配置以接收来自所述第二光学元件的所述照明光束且可调整地修改所述照明光束的轨迹；
第三光学元件，所述第三光学元件经配置以接收来自所述光束操纵元件的所述照明光束且将所述照明光束聚焦于第二焦平面处，其中所述照明光束的光谱在所述第二焦平面处的空间分布可通过调整所述光束操纵元件而控制；
第二滤波区段，其位于所述第二焦平面处，其中所述第二滤波区段基于所述照明光束的光谱在所述第二焦平面处的所述空间分布而将所述照明光束的所述光谱滤波；
第四光学元件，其经配置以收集来自所述第二滤波区段的所述照明光束；
第二可调谐色散元件，其经配置以接收来自所述第四光学元件的所述照明光束，其中所述第二可调谐色散元件的色散经配置以对应于所述第一可调谐色散元件的所述色散，其中所述第二可调谐色散元件经配置以从所述照明光束移除由所述第一可调谐色散元件引入的所述光谱色散；及
控制器，其通信地耦合至所述第一可调谐色散元件、所述第二可调谐色散元件、所述第一滤波区段以及所述第二滤波区段，其中所述控制器经配置以改动所述第一可调谐色散元件和所述第二可调谐色散元件的色散特性以改动所述照明光束的光谱在所述第一滤波区段和所述第二滤波区段上的所述分布；
其中所述第一可调谐色散元件和所述第二可调谐色散元件中的至少一者包括衍射光栅，其中所述衍射光栅包括声光偏转器。
21.根据权利要求20所述的可调谐光谱滤波器，其中所述光束操纵元件包括：
镜，其紧固到旋转平移组合件、线性平移组合件或倾斜调整组合件中的至少一者。
22.根据权利要求20所述的可调谐光谱滤波器，其中所述光束操纵元件包括：
可变形镜。
23.根据权利要求20所述的可调谐光谱滤波器，其中所述第一滤波区段或所述第二滤波区段中的至少一者紧固于固定位置中。
24.根据权利要求20所述的可调谐光谱滤波器，其中所述第一滤波区段或所述第二滤波区段中的至少一者包括：
低通滤波器或高通滤波器中的至少一者。
25.一种可调谐宽带照明源，其包括：
照明源，其经配置以产生照明光束；及
可调谐光谱滤波器，其经配置以接收所述照明光束，所述可调谐光谱滤波器包括：
第一可调谐色散元件，其中所述第一可调谐色散元件的色散是可调整的，其中所述第一可调谐色散元件经配置以将光谱色散引入到所述照明光束；
第一光学元件，所述第一光学元件经配置以接收来自所述第一可调谐色散元件的所述照明光束且将所述照明光束聚焦于焦平面处，其中所述照明光束的光谱在所述焦平面处的空间分布可通过调整所述第一可调谐色散元件的所述色散而控制；
空间滤波元件，其位于所述焦平面处，其中所述空间滤波元件基于所述照明光束的光谱在所述焦平面处的所述空间分布而将所述照明光束的所述光谱滤波以形成具有经滤波光谱的经滤波照明光束；
第二光学元件，其经配置以收集来自所述空间滤波元件的所述经滤波照明光束；
第二可调谐色散元件，其经配置以接收来自所述第二光学元件的所述经滤波照明光束，其中所述第二可调谐色散元件的色散经配置以对应于所述第一可调谐色散元件的所述色散，其中所述第二可调谐色散元件经配置以从所述经滤波照明光束移除由所述第一可调谐色散元件引入的所述光谱色散；及
控制器，其通信地耦合至所述第一可调谐色散元件、所述第二可调谐色散元件以及所述空间滤波元件，其中所述控制器经配置以改动所述第一可调谐色散元件和所述第二可调谐色散元件的色散特性以改动所述照明光束的光谱在所述空间滤波元件上的所述分布；
其中所述第一可调谐色散元件和所述第二可调谐色散元件中的至少一者包括衍射光栅，其中所述衍射光栅包括声光偏转器。
26.根据权利要求25所述的可调谐宽带照明源，其中所述衍射光栅的间距或衍射效率中的至少一者是可调整的。
27.根据权利要求25所述的可调谐宽带照明源，其中所述衍射光栅包括：
电光偏转器。
28.根据权利要求25所述的可调谐宽带照明源，其中空间滤波元件包含滤波区段以基于所述照明光束的所述光谱在所述滤波区段上的空间分布而阻挡所述照明光束的所述光谱的一部分以形成所述经滤波照明光束。
29.根据权利要求28所述的可调谐宽带照明源，其中调整所述第一可调谐色散元件的所述色散会控制被所述滤波区段阻挡的所述照明光束的所述光谱的所述部分。
30.根据权利要求25所述的可调谐宽带照明源，其中所述空间滤波元件包括：
孔隙，其用以基于所述照明光束的所述光谱在所述孔隙上的空间分布而使所述照明光束的所述光谱的一部分通过。
31.根据权利要求30所述的可调谐宽带照明源，其中所述孔隙包含以所述孔隙的宽度分隔开的第一滤波区段及第二滤波区段，其中所述第一滤波区段经配置以阻挡所述照明光束的所述光谱的第一部分，其中所述第二滤波区段经配置以阻挡所述照明光束的所述光谱的第二部分，其中所述照明光束的所述光谱的第三部分传播穿过所述孔隙且被所述第二光学元件收集。
32.根据权利要求31所述的可调谐宽带照明源，其中调整所述第一可调谐色散元件的所述色散会控制所述经滤波照明光束的中心波长。
33.根据权利要求30所述的可调谐宽带照明源，其中所述孔隙的宽度是可调整的。
34.根据权利要求33所述的可调谐宽带照明源，其中调整所述孔隙的所述宽度会控制所述经滤波照明光束的带宽。
35.根据权利要求25所述的可调谐宽带照明源，其中所述空间滤波元件包括：
透射式滤波元件或反射式滤波元件中的至少一者。
36.根据权利要求25所述的可调谐宽带照明源，其中所述空间滤波元件包括：
经像素化滤波元件。
37.根据权利要求36所述的可调谐宽带照明源，其中所述经像素化滤波元件包括：
空间光调制器、微镜阵列或可变形镜中的至少一者。
38.根据权利要求25所述的可调谐宽带照明源，其中所述空间滤波元件包括：
一或多个切趾元件。
39.一种用于调谐宽带照明源的方法，其包括：
利用第一可调谐色散元件将光谱色散引入到照明光束，其中所述第一可调谐色散元件的色散是可通过与所述第一可调谐色散元件通信地耦合的控制器调整的；
将所述照明光束聚焦于焦平面处，其中所述照明光束的光谱在所述焦平面处的分布可通过所述控制器调整所述第一可调谐色散元件的所述色散而控制；
在所述焦平面处对所述照明光束的所述光谱进行空间滤波；及
利用第二可调谐色散元件移除所述照明光束的所述光谱色散，其中所述第二可调谐色散元件的色散经配置以对应于所述第一可调谐色散元件的所述色散；
其中所述第二可调谐色散元件通信地耦合至所述控制器以调整所述第二可调谐色散元件的所述色散，其中所述第一可调谐色散元件和所述第二可调谐色散元件中的至少一者包括衍射光栅，其中所述衍射光栅包括声光偏转器。
40.一种可调谐光谱滤波器，其包括：
可调谐色散元件，其经配置以接收照明光束，其中所述可调谐色散元件的色散是可调整的，其中所述可调谐色散元件经配置以在第一次传输中将光谱色散引入到照明光束；
光学元件，其经配置以接收来自所述可调谐色散元件的所述照明光束且将所述照明光束聚焦于焦平面处，其中所述照明光束的光谱在所述焦平面处的空间分布可通过调整所述可调谐色散元件的所述色散而控制；
空间滤波元件，其位于所述焦平面处，其中所述空间滤波元件基于所述照明光束的所述光谱在所述焦平面处的所述空间分布而将所述照明光束的光谱滤波以形成具有经滤波光谱的经滤波照明光束，其中所述空间滤波元件的至少一部分为反射式，其中所述经滤波照明光束从所述空间滤波元件被反射而沿镜像光学路径穿过所述光学元件和所述可调谐色散元件，其中所述光学元件进一步经配置以收集来自所述空间滤波元件的所述经滤波照明光束，其中所述可调谐色散元件进一步经配置以接收来自所述光学元件的所述经滤波照明光束并从所述经滤波照明光束移除所述光谱色散；及
控制器，其通信地耦合至所述可调谐色散元件以及所述空间滤波元件，其中所述控制器经配置以改动所述可调谐色散元件的色散特性以改动所述照明光束的光谱在所述空间滤波元件上的所述分布；
其中所述可调谐色散元件包括衍射光栅，其中所述衍射光栅包括声光偏转器。
41.根据权利要求40所述的可调谐光谱滤波器，其进一步包括：
偏光分束器，其位于所述可调谐色散元件之前的所述照明光束的光学路径上；及
四分之一波片，其位于在所述偏光分束器和所述可调谐色散元件之间的所述照明光束的所述光学路径上，其中所述偏光分束器将所述照明光束与沿着所述镜像光学路径从所述可调谐色散元件接收的所述经滤波照明光束分离。
42.根据权利要求40所述的可调谐光谱滤波器，其中所述可调谐色散元件包括：
电光偏转器。
43.根据权利要求40所述的可调谐光谱滤波器，其中所述空间滤波元件包括：
微机电系统。
44.根据权利要求40所述的可调谐光谱滤波器，其进一步包括：
光束操纵元件，其中所述照明光束的所述光谱在所述焦平面处的所述空间分布通过调整所述光束操纵元件而能进一步控制。
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