CN109504752A - 混合波长激光系统及测序仪 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种混合波长激光系统及测序仪，包括用于发射至少两种单色波长激光的激光光源，单色波长激光聚焦镜片组，合光装置，以及第一混合波长激光聚焦镜，激光光源发射至少两种单色波长激光，经单色波长激光聚焦镜片组聚焦后，通过合光装置混合为初始混合波长激光光束，初始混合波长激光光束经第一混合波长激光聚焦镜聚焦耦合后，形成混合波长激光光束。上述系统提高了光源部件集成程度，且可以同时提供多种不同的荧光光源，可以同时激发多种不同的荧光，提高了荧光激发的效率。

Description

混合波长激光系统及测序仪

技术领域

本申请涉及光学技术领域，特别是涉及一种混合波长激光系统及测序仪。

背景技术

利用荧光标记物的核酸的非放射性检测在分子生物学中是重要的技术,而荧光光源是用于激发染料分子发射荧光信号的能量来源。目前，激光光源因其具有单色性好、激发能量集中等特点，因此，可以作为用于激发染料分子发射荧光信号的能量来源(通常也称为荧光光源)。然而，目前的激光光源在作为荧光光源时，集成度低且激发效率低。

发明内容

基于此，有必要针对目前的激光光源在作为荧光光源时，集成度低且激发效率低的问题，提供一种混合波长激光系统。

一种混合波长激光系统，系统包括：用于发射至少两种单色波长激光的激光光源，单色波长激光聚焦镜片组，合光装置，以及第一混合波长激光聚焦镜，激光光源发射至少两种单色波长激光，经单色波长激光聚焦镜片组聚焦后，通过合光装置混合为初始混合波长激光光束，初始混合波长激光光束经第一混合波长激光聚焦镜聚焦耦合后，形成混合波长激光光束。

在其中一个实施例中，还包括第二混合波长激光聚焦镜，混合波长激光光束经光纤传输至第二混合波长激光聚焦镜，第二混合波长激光聚焦镜聚焦耦合光混合波长激光光束。

在其中一个实施例中，还包括：准直器，准直器设置于第二混合波长激光聚焦镜后端，用于对第二混合波长激光聚焦镜聚焦后的混合波长激光光束进行准直整形。

在其中一个实施例中，准直器包括凹透镜以及凸透镜，凹透镜发散混合波长激光光束后，经凸透镜准直为平行光。

在其中一个实施例中，激光光源包括至少三个单色激光器，各单色激光器发射的单色波长激光互不相同。

在其中一个实施例中，单色波长激光聚焦镜片组包括：分别设置于各单色激光器前端的单色波长激光聚焦镜，各单色波长激光聚焦镜分别聚焦对应的单色激光器发射的单色波长激光。

在其中一个实施例中，合光装置包括：反射镜和合光镜，反射镜将单色波长激光聚焦镜聚焦后的单色波长激光反射至合光镜，合光镜合束到达该合光镜的各单色波长激光。

在其中一个实施例中，单色波长激光的数目为3个，反射镜包括：第一反射镜和第二反射镜，合光镜包括：第一合光镜以及第二合光镜，第一反射镜将第二单色波长激光反射至第一合光镜，第一合光镜合束第一单色波长激光以及第二单色波长激光，生成合束光，第二反射镜将第三单色波长激光反射至第二合光镜，第二合光镜合束合束光以及第三单色波长激光，生成初始混合波长激光光束。

在其中一个实施例中，第一单色波长激光为绿色激光，第二单色波长激光为红色激光，第三单色波长激光为蓝色激光，第一合光镜为反红透绿透蓝合光镜，第二合光镜为反蓝透绿透红合光镜。

上述混合波长激光系统，激光光源发射至少两种单色波长激光，经单色波长激光聚焦镜片组聚焦后，通过合光装置混合为初始混合波长激光光束，初始混合波长激光光束经第一混合波长激光聚焦镜聚焦耦合后，形成混合波长激光光束。在激光光源单色性与方向性更好的基础上，通过合光装置的设计能够实现至少两种波长的激光耦合在单根光纤同时传播，提高光源部件集成程度，且可以同时提供多种不同的荧光光源，可以同时激发多种不同的荧光，提高了荧光激发的效率。

在其中一个实施例中，本申请还提供一种测序仪，包括上述混合波长激光系统。

测序仪包括上述混合波长激光系统，测序仪可通过混合波长激光系统生成的混合波长激光光束可激发携带多种荧光标记的核苷酸或碱基发射出荧光光束，从而达到识别碱基的目的。测序仪在混合波长激光系统的荧光激发效率高的基础上，识别碱基的效率更高。

附图说明

图1为一个实施例中混合波长激光系统结构示意图；

图2为另一个实施例中混合波长激光系统的结构示意图；

图3为另一个实施例中混合波长激光系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1所示，本申请提供一种混合波长激光系统，包括：用于发射至少两种单色波长激光的激光光源100，单色波长激光聚焦镜片组200，合光装置300，以及第一混合波长激光聚焦镜400，激光光源100发射至少两种单色波长激光，经单色波长激光聚焦镜片组200聚焦后，通过合光装置300混合为初始混合波长激光光束，初始混合波长激光光束经第一混合波长激光聚焦镜400聚焦耦合后，形成混合波长激光光束00。

其中，单种颜色光的激光指单色激光，即单色波长激光。激光的颜色取决于激光的波长，激光按波长来划分可包括蓝紫色，蓝色，绿色，黄色和红色。本实施例中，激光光源100可以包括多个发射单色波长激光的激光器，单色波长激光聚焦镜片组200可视为包含多个初级聚焦镜的镜片组，用于聚焦各激光器发射的各单色波长激光，合光装置300用于合束各单色波长激光，使得各单色波长的激光能够耦合在一起，共光轴传输，生成初始混合波长激光光束，第一混合波长激光聚焦镜400可视为中级聚焦镜，用于聚焦耦合初始混合波长激光光束，使得初始混合波长激光光束更加集中，形成最终混合波长激光光束00，并能够将混合波长激光光束00传输出去。上述过程，在激光光源100的单色性与方向性更好的基础上，通过合光装置300能够实现至少两种波长的激光耦合在单根光纤同时传播，提高光源部件集成程度，且可以同时提供多种不同的荧光光源，可以同时激发多种不同的荧光，提高了荧光激发的效率。

如图2所示，在其中一个实施例中，还包括第二混合波长激光聚焦镜500，混合波长激光光束00经光纤600传输至第二混合波长激光聚焦镜500，第二混合波长激光聚焦镜500聚焦耦合光混合波长激光光束00。

第二混合波长激光聚焦镜500可视为末级聚焦镜，第二混合波长激光聚焦镜500用于聚焦耦合经光纤600传输过来的混合波长激光光束00。在实际应用中，光在光纤600里反射传播，光纤600输出的光的发散角根据光纤600的数值孔径决定，数值孔径越大的光纤600，耦合效率越高，发散角也会越大。本实施中，混合波长激光光束00经过光纤600传输后，其发散角会变大，故需要通过第二混合波长激光聚焦镜500对发散角较大的混合波长激光光束00进行聚焦并传输，第二混合波长激光聚焦镜500聚焦混合波长激光光束00后，使得混合波长激光光束00的质量更高。

在其中一个实施例中，还包括光纤600。

光纤600是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。本实施例中，光纤600用于将第一混合波长激光聚焦镜400聚焦后的混合波长激光光束 00传输至第二混合波长激光聚焦镜500。可以理解的是，本实施例中是采用光纤来传输混合波长激光光束00，在实际应用中，也可以不限于光纤，也可以是其他用来传导光的工具。本实施例中，采用光纤600传导混合波长激光光束00，能够减少损耗，有一定带宽且光路的色散程度小。

在其中一个实施例中，还包括：准直器700，准直器700设置于第二混合波长激光聚焦镜500后端，用于对第二混合波长激光聚焦镜500聚焦后的混合波长激光光束00进行准直整形。

本实施例中，利用准直器700对第二混合波长激光聚焦镜500聚焦后的混合波长激光光束00进行准直整形，能够得到具有特定光斑形状大小的混合波长激光光束00。

在其中一个实施例中，准直器700包括凹透镜720以及凸透镜740，凹透镜 720发散混合波长激光光束00后，经凸透镜740变换为(准直光)平行光。

在实际应用中，在第二混合波长激光聚焦镜500聚焦混合波长激光光束00 之后，需要对混合波长激光光束00进行扩束，要实现这一功能，至少需要两片透镜，即可在准直器700内部放置两个或以上凹透镜和凸透镜。本实施例中，准直器700包括1个凹透镜720与1个凸透镜740，凹透镜720对第二混合波长激光聚焦镜500聚焦后的混合波长激光光束00进行发散(扩束)，然后将发散 (扩束)后的混合波长激光光束00投射至凸透镜740上，凸透镜740将经过发散(扩束)后的混合波长激光光束00变换为(准直光)平行光，然后传输至下一荧光显微系统，混合波长激光光束00经荧光显微系统传输后，则可激发携带多种荧光标记的核苷酸或碱基发射出荧光光束，从而达到识别碱基的目的。通过凹透镜720以及凸透镜740匹配设计，可使得放大混合波长激光光束00来得到更小的聚焦光斑。

在其中一个实施例中，激光光源100包括至少三个单色激光器，各单色激光器发射的单色波长激光互不相同。

激光光源100包括至少三个单色激光器，单色激光器可以是半导体激光器或者微型连续固体激光器。半导体激光器因其单色性极好也可称单色半导体激光器。半导体激光器也称激光二极管，是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。并且还可以用高达GHz 的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。微型连续固体激光器即微片激光器的一种，是一种被动调Q、亚纳秒激光、高峰值功率能够连续产生激光的微型固体激光器，其具有如下特点：线性偏振、脉冲频率可调、光束质量好、发散角小、脉冲幅度稳定、波长可选(473nm、532nm、946nm、1064nm)，具有很高的性价比。针对科研客户，集成一体化微片激光器可供选择。

如图2所示，本实施例中，激光光源100包括单色半导体激光器或者微型连续固体激光器120、单色半导体激光器或者微型连续固体激光器140以及单色半导体激光器或者微型连续固体激光器160，上述三个单色半导体激光器或者微型连续固体激光器平行排列，发射的单色波长激光相互平行。可以理解的是，激光光源100还可以是其他类型的激光发射器。本实施例中，使用半导体激光器或者微型连续固体激光器作为光源，具有单色性好与方向性好的特点；能够高效激发携带荧光标记碱基发射的荧光光束。

在其中一个实施例中，单色波长激光聚焦镜片组200包括：分别设置于各单色激光器前端的单色波长激光聚焦镜，各单色波长激光聚焦镜分别聚焦对应的单色激光器发射的单色波长激光。

由于各单色激光器发射出的单色波长激光一般都具有发散角，故需要使用单色波长激光聚焦镜片组200对单色波长激光进行聚焦。本实施例中，单色波长激光聚焦镜片组200包括设置于单色半导体激光器或者微型连续固体激光器 120前端的单色波长激光聚焦镜220，设置于单色半导体激光器或者微型连续固体激光器140前端的单色波长激光聚焦镜240，以及设置于单色半导体激光器或者微型连续固体激光器160前端的单色波长激光聚焦镜260，单色波长激光聚焦镜220负责聚焦单色半导体激光器或者微型连续固体激光器120发射的激光，单色波长激光聚焦镜240负责聚焦单色半导体激光器或者微型连续固体激光器 140发射的激光，单色波长激光聚焦镜260则负责单色半导体激光器或者微型连续固体激光器160发射的激光。可以理解的是，单色波长激光聚焦镜数量可以为多个，其排列方式也可以有多种，并不限于本实施例中的阐述的排列方式，只要能够满足分别对所有激光光源100的发射的单色波长激光进行聚焦即可。本实施例中，在每个单色半导体激光器或者微型连续固体激光器前端放置对应的单色波长激光聚焦镜，使得具有发散角的单色波长激光都能得到聚焦，进而使单色半导体激光器或者微型连续固体激光器发射出的单色波长激光的质量得到提高。

如图3所示，在其中一个实施例中，合光装置300包括：反射镜320和合光镜340，反射镜320将单色波长激光聚焦镜聚焦后的单色波长激光反射至合光镜340，合光镜340合束到达该合光镜的各单色波长激光。

由于单色半导体激光器或者微型连续固体激光器是平行排列，故其发射的单色波长激光都是平行的，为使得各单色波长激光混合为混合波长激光光束00，需要使用合光装置300对各单色波长激光进行合束。如图2所示，本实施例中，反射镜320(包括第一反射镜322以及第二反射镜324)与合光镜340(包括第一合光镜342以及第二合光镜344)的数目相同且一一对应，且各反射镜与各合光镜放置于与光轴方向成45度角的位置，反射镜320用于将单色波长激光聚焦镜聚焦后的单色波长激光直角反射至合光镜340，从而使得合光镜340能够将其他水平位置的单色波长激光合束为单一的混合波长激光光束00。可以理解的是，本实施例仅提供一种反射镜320/合光镜340排列组合方式，还可以有其他类似的耦合多波长激光同轴传输方式，只要能满足将各激光光源100发射的单色波长激光合束为单一的混合波长激光即可。

在其中一个实施例中，单色波长激光的数目为3个，反射镜320包括：第一反射镜322和第二反射镜324，合光镜包括：第一合光镜342以及第二合光镜 344，第一反射镜322将第二单色波长激光002反射至第一合光镜342，第一合光镜342合束第一单色波长激光001以及第二单色波长激光002，生成合束光，第二反射镜324将第三单色波长激光003反射至第二合光镜344，第二合光镜 344合束合束光以及第三单色波长激光003，生成初始混合波长激光光束。

如图2所示，第一单色波长激光001由单色半导体激光器或者微型连续固体激光器120发射，第二单色波长激光002由单色半导体激光器或者微型连续固体激光器140发射，第三单色波长激光003由单色半导体激光器或者微型连续固体激光器160发射。具体的，第一反射镜322将第二单色波长激光002反射至第一合光镜342，第一合光镜342合束第一单色波长激光001以及第二单色波长激光002，生成合束光，第二反射镜324将第三单色波长激光003反射至第二合光镜344，第二合光镜344合束合束光以及第三单色波长激光003，生成初始混合波长激光光束。本实施中，通过反射镜320与合光340镜的匹配设计能够耦合三种波长的单色激光，使得三种波长的单色激光进行共轴传输得到混合波长激光光束00。

在其中一个实施例中，第一单色波长激光001为绿色激光，第二单色波长激光002为红色激光，第三单色波长激光003为蓝色激光，第一合光镜342为反红透绿透蓝合光镜，第二合光镜344为反蓝透绿透红合光镜。

其中，绿色激光的波长为532nm(纳米)，红色激光的波长为660nm，蓝色激光的波长为465nm。具体的，单色半导体激光器或者微型连续固体激光器120 发射532nm绿色激光，532nm绿色激光具有一定发散角；单色半导体激光器或者微型连续固体激光器140发射波长660nm的红色激光，红色激光具有一定发散角；单色半导体激光器或者微型连续固体激光器160发射波长465nm的蓝色激光，蓝色激光具有一定发散角。第一合光镜342为反红透绿透蓝合光镜，即反红透绿蓝特性的二向色镜，能够将波长660nm的红色激光进行反射，与波长532nm 的绿色激光同光轴传播，第二合光镜344为反蓝透绿透红合光镜，即反蓝透绿透红特性的二向色镜，可对波长465nm的蓝色激光进行反射，与波长532nm的绿色激光同光轴传播，基于上述两个合光镜，能够将波长532nm的绿色激光，波长660nm的红色激光以及波长465nm的蓝色激光合束到同一路径传播，进而形成初始混合波长激光光束，简化了光源组件的结构，提高集成度。

在实际应用中，单色半导体激光器或者微型连续固体激光器120、单色半导体激光器或者微型连续固体激光器140以及单色半导体激光器或者微型连续固体激光器160同时工作，分别发射出波长532nm的绿色激光，波长660nm的红色激光以及波长465nm的蓝色激光，单色波长激光聚焦镜220，单色波长激光聚焦镜240以及单色波长激光聚焦镜260分别聚焦波长532nm的绿色激光，波长 660nm的红色激光以及波长465nm的蓝色激光；然后，位于单色半导体激光器或者微型连续固体激光器140前端的第一反射镜322将波长660nm的红色激光反射至第一合光镜342，位于单色半导体激光器或者微型连续固体激光器160前端的第二反射镜324将波长465nm的蓝色激光反射至第二合光镜344，第一合光镜 342为反红透绿透蓝合光镜，将波长660nm的红色激光进行反射，使其与波长 532nm的绿色激光同光轴传播，第二合光镜344为反蓝透绿透红合光镜，将波长 465nm的蓝色激光进行反射，使其与波长532nm的绿色激光同光轴传播，如此，实现了波长532nm的绿色激光，波长660nm的红色激光以及波长465nm的蓝色激光的同光轴传播，形成初始混合波长激光光束，初始混合波长激光光束经第一混合波长激光聚焦镜400聚焦后，形成混合波长激光光束00。混合波长激光光束00经光纤600传播至第二混合波长激光聚焦镜500，混合波长激光光束00 经第二混合波长激光聚焦镜500聚焦后，传输至准直器700，经凹透镜,720以及凸透镜740的扩束准直以及整形后，得到特定光斑形状大小的混合三种波长激光光束00(用于激发携带多种荧光标记物的核苷酸或碱基发射出荧光光束)。

在其中一个实施例中，本申请还提供一种测序仪，该测序仪包括上述的混合波长激光系统。

本申请提供的混合波长激光系统可应用于需要多种波长的激光光束的仪器或系统中，例如应用于测序仪的多波长激发光源系统中，测序仪又称DNA (Deoxyribonucleicacid，脱氧核糖核酸)测序仪，是测定DNA片段的碱基顺序、种类和定量的仪器。本实施例中，测序仪可通过混合波长激光系统生成的混合波长激光光束可激发携带多种荧光标记的核苷酸或碱基发射出荧光光束，从而达到识别碱基的目的。测序仪在混合波长激光系统的荧光激发效率高的基础上，识别碱基的效率更高。

可以理解的是，上述实施例中仅以激光光源发出红色、绿色以及蓝色三种单色激光为例进行说明，在其他实施例中，激光光源也可以发出其他数量的单色激光，且单色激光也可以是其他波长或者其他颜色的激光。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种混合波长激光系统，包括：用于发射至少两种单色波长激光的激光光源，单色波长激光聚焦镜片组，合光装置，以及第一混合波长激光聚焦镜，所述激光光源发射至少两种单色波长激光，经所述单色波长激光聚焦镜片组聚焦后，通过所述合光装置混合为初始混合波长激光光束，所述初始混合波长激光光束经所述第一混合波长激光聚焦镜聚焦耦合后，形成混合波长激光光束。

2.根据权利要求1所述的混合波长激光系统，其特征在于，还包括第二混合波长激光聚焦镜，所述混合波长激光光束经光纤传输至所述第二混合波长激光聚焦镜，所述第二混合波长激光聚焦镜聚焦耦合所述光混合波长激光光束。

3.根据权利要求2所述的混合波长激光系统，其特征在于，还包括：准直器，所述准直器设置于所述第二混合波长激光聚焦镜后端，用于对所述第二混合波长激光聚焦镜聚焦后的混合波长激光光束进行准直整形。

4.根据权利要求3所述的混合波长激光系统，其特征在于，所述准直器包括凹透镜以及凸透镜，所述凹透镜发散所述混合波长激光光束后，经所述凸透镜变换为平行光。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的混合波长激光系统，其特征在于，所述激光光源包括至少三个单色激光器，各单色激光器发射的单色波长激光互不相同。

6.根据权利要求5所述的混合波长激光系统，其特征在于：

所述单色波长激光聚焦镜片组包括：分别设置于各单色激光器前端的单色波长激光聚焦镜，各单色波长激光聚焦镜分别聚焦对应的单色激光器发射的单色波长激光。

7.根据权利要求6所述的混合波长激光系统，其特征在于：

所述合光装置包括：反射镜和合光镜，所述反射镜将所述单色波长激光聚焦镜聚焦后的单色波长激光反射至所述合光镜，所述合光镜合束到达该合光镜的各单色波长激光。

8.根据权利要求7所述的混合波长激光系统，其特征在于，单色波长激光的数目为3个，所述反射镜包括：第一反射镜和第二反射镜，所述合光镜包括：第一合光镜以及第二合光镜，所述第一反射镜将第二单色波长激光反射至所述第一合光镜，所述第一合光镜合束所述第一单色波长激光以及所述第二单色波长激光，生成合束光，所述第二反射镜将第三单色波长激光反射至所述第二合光镜，所述第二合光镜合束所述合束光以及所述第三单色波长激光，生成初始混合波长激光光束。

9.根据权利要求8所述的混合波长激光系统，其特征在于，所述第一单色波长激光为绿色激光，所述第二单色波长激光为红色激光，所述第三单色波长激光为蓝色激光，所述第一合光镜为反红透绿透蓝合光镜，所述第二合光镜为反蓝透绿透红合光镜。

10.一种测序仪，其特征在于，包括上述权利要求1至9任意一项所述的混合波长激光系统。