DE10201870A1 - Anordnung und Verfahren zur Veränderung der Lichtleistung in einem Miskroskop - Google Patents
Anordnung und Verfahren zur Veränderung der Lichtleistung in einem MiskroskopInfo
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Abstract
Eine Anordnung zur variablen Änderung der Lichtleistung eines Lichtstrahles, der einen Strahlengang festlegt, mit einem in dem Strahlengang angeordneten akusto-optischen Modulator, in dem eine räumlich begrenzte akustische Welle erzeugbar ist, ist offenbart. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl den akusto-optischen Modulator weitgehend kollimiert durchläuft und dass dem akusto-optischen Modulator ein Strahlabsorber zum Ausblenden des an der akustischen Welle vorbei gelaufenen Anteils des Lichtstrahles vorgesehen ist. Weiterhin ist ein Mikroskop und ein Verfahren zur Veränderung der Lichtleistung eines von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahles in einem Mikroskop offenbart.
Description
Die Erfindung betrifft Anordnung zur variablen Änderung der Lichtleistung
eines Lichtstrahles, der einen Strahlengang festlegt, mit einem in dem
Strahlengang angeordneten akusto-optischen Modulator, in dem eine räumlich
begrenzte akustische Welle erzeugbar ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Mikroskop mit einer Lichtquelle, die einen
einen Strahlengang festlegenden Lichtstrahl zur Beleuchtung einer Probe
emittiert und mit einem akusto-optischen Modulator zur variablen Änderung
der Lichtleistung des Lichtstrahles, der in dem Strahlengang angeordnet ist
und in dem eine akustische Welle erzeugbar ist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Veränderung der
Lichtleistung eines von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahles in einem
Mikroskop, das einen Strahlengang festlegt, mit einem in dem Strahlengang
angeordneten akusto-optischen Modulator.
Bei der Untersuchung von Proben mit Hilfe von Mikroskopen und
insbesondere bei der Untersuchung von Proben mit Hilfe der konfokalen
Scan-Mikroskopie ist es, ebenso wie bei vielen anderen optischen
Anordnungen, erforderlich, die von einer Strahlungsquelle ausgehenden
Lichtbündel im Hinblick auf ihre Lichtleistung abzuschwächen. Besonders
wünschenswert ist es dabei, den Abschwächungsgrad variabel zu gestalten
und den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend anzupassen.
Einrichtungen zur Abschwächung der von einer Lichtquelle ausgehenden
Strahlung sind beispielsweise aus der Multi-Photonen-Mikroskopie (MP-
Mikroskopie) bekannt. Dabei wird ein zu untersuchendes Objekt von einem
Lichtstrahl abgetastet und die jeweils lokal angeregte Fluoreszenzstrahlung
untersucht. Zur variablen Abschwächung des von der Lichtquelle kommenden
Lichtstrahls kann dabei ein elektro-optischer Modulator (EOM) eingesetzt
werden. Hierzu wird ein doppelbrechender Kristall verwendet, dessen
doppelbrechende Eigenschaften von einer an den Kristall angelegten
Hochspannung abhängt. Dieser elektrooptische Effekt kann je nach
Einstellung der Hochspannung zur Variation der Lichtleistung verwendet
werden. Insbesondere ist es möglich, die Polarisationsrichtung der sich im
Kristall ausbreitenden Lichtstrahlung in Abhängigkeit von der Stärke der
Hochspannung zu verändern, um die Variation der Lichtleistung mit einem
nachgeschalteten Analysator einzustellen. Derartige Bauteile haben beim
Einsatz in Mikroskopen jedoch den Nachteil, dass sie geometrisch nur relativ
groß zu verwirklichen sind und zum Betrieb eine Hochspannung benötigen.
Weiterhin ist in der konfokalen Scan-Miskroskopie beispielsweise aus der
US 6,038,067 bekannt, den Strahl begrenzende Blenden einzusetzen, die auf
einer rotierenden Scheibe angeordnet sind. Darüber hinaus wird in diesem
Dokument vorgeschlagen, galvanometrisch getriebene Spiegel und akusto
optische Strahl-Steuereinheiten oder ein Mikrolinsenarray zu verwenden. Bei
einem akusto-optischen Modulator (AOM) wird an ein Medium, das für einen
einfallenden Lichtstrahl transparent ist, eine hochfrequente Schwingung
angelegt. Als Medium kann beim Einsatz einer Laserstrahlung im sichtbaren
oder UV-Bereich z. B. Quarzglas im nahen Infrarotbereich z. B. TeO2
verwendet werden. Die angelegte hochfrequente Schwingung erzeugt in dem
Medium ein Gitter, an dem die einfallende Lichtstrahlung gebeugt wird,
wodurch eine Modulation der Lichtleistung des einfallenden Laserlichtes
erreicht werden kann, die sich über den Einfallswinkel des Lichtes und die
Frequenz der angelegten Schwingung beeinflussen lässt. Zwar sind
insbesondere die akusto-optischen Strahl-Steuereinheiten sehr flexibel,
jedoch kann mit diesen eine ausreichende Strahlabschwächung nur dann
erreicht werden, wenn für die Zwecke der Mikroskopie die Strahlungen der
ersten Beugungsordnung weiter verwendet werden. Die Verwendung der
ersten Beugungsordnung hat allerdings den Nachteil, dass der Ort der ersten
Beugungsordnung stark von der verwendeten Wellenlänge des eingestrahlten
Lichtes abhängt. Bei Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen muss daher
das Mikroskop neu justiert werden. Üblicherweise wird jedoch gerade die
Möglichkeit, mit verschiedenen Wellenlängen zu arbeiten, beim Einsatz der
Mikroskope besonders bevorzugt benutzt. Damit ist es allerdings immer
erforderlich, das Mikroskop neu zu justieren, wenn die Wellenlänge der
Ausgangsstrahlung geändert wird. Außerdem werden in der Scan-Mikroskopie
üblicherweise sehr kurze Laserpulse eingesetzt, die in der ersten
Beugungsordnung eine starke spektrale Verbreiterung erfahren, was das
Ergebnis der Spektralanalyse des Objektes negativ beeinflusst.
Wie in der US 6,052,216 beschrieben, wurde daher bereits vorgeschlagen, die
Intensität eines Laserstrahls dadurch zu modulieren, dass eine Kaskade von
AOMs verwendet wird. Der Einsatz einer Kaskade, d. h. also einer
Aneinanderreihung unmittelbar hintereinander angeordneter AOMs,
ermöglicht die Verwendung des Strahles der jeweils nullten Ordnung, da mit
dieser Technik der Strahl nullter Ordnung ausreichend stark moduliert werden
kann, um die in der Mikroskopie erforderlichen Intensitätsunterschiede
erreichen zu können. Dies ist auch der US 5,105,304 zu entnehmen, in der
vorgeschlagen wird, eine Anzahl von AOMs in Serie anzuordnen, um die
Intensität des gebeugten Strahls nullter Ordnung variabel steuern zu können.
Diese Anordnung ist für die Zwecke der Mikroskopie mit dem Nachteil
behaftet, dass einerseits ein großer Bauraum erforderlich ist, um die Kaskade
anzuordnen und andererseits jedes Element der Kaskade als nachteiliger
Kostenfaktor in den Preis des Mikroskops einfließt.
Aus der amerikanischen Patentschrift 5,574,537 ist eine Anordnung zum
Kontrollieren einer Lichtmenge mit einem akusto-optischen Modulator
offenbart, wobei die Lichtleistung eines Lichtstrahls zunächst mit einem
Grobeinsteller und anschließend mit dem akusto-optischen Modulator als
Feineinsteller regulierbar ist. Der akusto-optischen Modulator erzeugt durch
Beugung an einer laufenden Welle Lichtstrahlen verschiedener Ordnungen, von
denen der Lichtstrahl nullter Ordnung zur weiteren Verwendung ausgewählt
wird. Die Anordnung hat den Nachteil, dass sowohl ein Grobeinsteller als auch
ein Feineinsteller gesteuert werden müssen. Darüber hinaus erfordern die
hintereinander angeordneten Einsteller viel Bauraum.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung zur
variablen Änderung der Lichtleistung eines Lichtstrahles anzugeben, die bei
ausreichender Dynamik kostengünstig herstellbar ist und wenig Bauraum
beansprucht.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gelöst, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass der Lichtstrahl den akusto-optischen Modulator weitgehend kollimiert
durchläuft und dass dem akusto-optischen Modulator ein Strahlabsorber zum
Ausblenden des an der akustischen Welle vorbei gelaufenen Anteile des
Lichtstrahles vorgesehen ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mikroskop mit variabel
einstellbarer Beleuchtungslichtleistung anzugeben, das eine hohe Dynamik in
der Leistungseinstellung aufweist und das zum einen günstig herstellbar ist
und zum anderen eine einfache Justage auch bei Verwendung
unterschiedlicher Wellenlängen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Mikroskop gelöst, dass dadurch gekennzeichnet
ist, dass der Lichtstrahl den akusto-optischen Modulator weitgehend kollimiert
durchläuft und dass dem akusto-optischen Modulator ein Strahlabsorber zum
Ausblenden des an der akustischen Welle vorbei gelaufenen Anteile des
Lichtstrahles vorgesehen ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Veränderung der
Lichtleistung eines von einer Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahles in einem
Mikroskop anzugeben, das eine effiziente, flexible und einfach regelbare
Lichtleistungsvariierung bei hoher Dynamik ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das durch folgende Schritte
gekennzeichnet ist:
- - Lenken des weitgehend kollimierten Lichtstrahles auf den akusto optischen Modulator gelenkt wird und
- - Ausblenden der an der akustischen Welle vorbei gelaufenen Anteile des Lichtstrahles mit einem Strahlabsorber
Die Erfindung hat den Vorteil, dass zur Beeinflussung der Lichtleistung nur ein
einziger akusto-optischer Modulator erforderlich ist.
Durch den kollimierten Einfall des Lichtstrahles auf den Modulator und damit
auf die Schallwelle wird die Wechselwirkungseffizienz zwischen dem Licht und
der akustischen Welle sehr stark erhöht. Es ist in der Fachwelt allgemein
üblich, zu modulierende Lichtstrahlen auf akustooptische Modulatoren zu
fokussieren. In den Angaben der Hersteller sind meist sogar ausführliche
Angaben bezüglich der Stärke der Fokussierung gemacht. Ganz unüblicher
Weise wird der Lichtstrahl erfindungsgemäß nicht in den AOM-Kristall
fokussiert. Hierdurch ist der Strahldurchmesser zwar breiter als das Schallfeld,
so daß der überstehende Teil des Lichtstrahls immer den Modulator passiert,
was mit Hilfe eines Spalts bzw. Eine Spaltblende auf einfache Weise
zuverlässig korrigierbar ist. Insgesamt ist die Dynamik erhöht, wohingegen der
Verlust mit ca. 3% vernachlässigbar gering ist. Darüber hinaus hat dies den
Vorteil, dass auf eine fokussierende Optik verzichtet werden kann.
Erfindungsgemäß wird also in einem Mikroskop ein akusto-optischer
Modulator vorgesehen, um die von einer Lichtquelle ausgehende Strahlung,
insbesondere die von einem Laser ausgehende Lichtstrahlung modulieren zu
können. Wie üblich wird dabei in dem akusto-optischen Modulator ein Gitter
dadurch erzeugt, dass eine durch einen Kristall laufende Schallwelle
bevorzugt als stehende Welle aufgebaut wird. An diesem Gitter wird die
einfallende Laserstrahlung gebeugt. Mit dieser Beugung ist es möglich, die
Intensität der eingestrahlten Lichtleistung zu modulieren. Dabei hängt die
Intensität des in die erste oder höhere Ordnungen gebeugte Lichtstrahles von
der Amplitude des an den Kristall angelegten Schallfeldes bzw. der an den
Kristall angelegten Hochfrequenz-Welle ab. Mit Hilfe einer gezielten
Veränderung des Schallfeldes bzw. der Hochfrequenz-Welle ist es damit
möglich, die Intensität der einfallenden Lichtstrahlung zu modulieren, was sich
auch auf die nullte Beugungsordnung auswirkt. Für die Benutzung in
Mikroskopen, insbesondere in Rastermikroskopen, hat sich
überraschenderweise herausgestellt, dass ein einziger akusto-optischer
Modulator auch bei Verwendung der nullten Beugungsordnung eine für die
Zwecke der Mikroskopie ausreichende Modulation der Intensität zulässt. Für
die Anwendung des akusto-optischen Modulators in einem Mikroskop ist es
daher also erforderlich, dass dieser einzig verwendete akusto-optische
Modulator, der bereits für die Variation der Laserlichtstrahlung genügt, so in
dem Mikroskop angeordnet wird, dass die austretende und im Mikroskop
weiter verwendete Strahlung dem gebeugten Strahl nullter Beugungsordnung
entspricht. Dieser Strahl wird dann den weiteren Komponenten des
Mikroskops unmittelbar zugeführt. Bei der Auswahl geeigneter Modulatoren ist
dabei darauf zu achten, dass solche akusto-optische Modulatoren verwendet
werden, mit denen es möglich ist, die maximale Transmission in der nullten
Beugungsordnung von etwa 95% der einfallenden Intensitätsstrahlung soweit
zu vermindern, dass eine Auslöschung der Lichtstrahlung erreicht wird, die
zum Ausblenden des Beleuchtungslasers beim Zeilenrücklauf während des
Bildrasterns ausreichend ist. Im Wesentlichen reicht hierbei eine
Resttransmission durch den akusto-optischen Modulator von weniger als 2%,
was auch bereits mit einem einzigen geeigneten akusto-optischen Modulator
erreicht werden kann.
Wie bereits erwähnt, kann die Intensität der durch den akusto-optischen
Modulator transmittierten Lichtmenge in der nullten Beugungsordnung durch
die Amplitude des angelegten Schallfeldes bzw. der angelegten
Hochfrequenz-Strahlung variiert werden. Der Ablenkwinkel für die erste
Beugungsordnung ist allerdings von der Frequenz des Schallfeldes bzw. der
angelegten Hochfrequenz abhängig. Sofern nun lediglich die nullte
Beugungsordnung im Mikroskop weiterverwendet werden soll, ist es
erforderlich, die erste sowie höhere Beugungsordnungen auszublenden. Dies
kann einfach dadurch geschehen, dass strahlbegrenzende Einrichtungen, wie
etwa eine Lochblende oder ein Spalt, verwendet wird. Der Lochdurchmesser
der Blende wird hierzu so gewählt wird, dass jedenfalls die erste
Beugungsordnung der Wellenlänge mit dem kleinsten Ablenkwinkel noch
ausgeblendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
haben den Vorteil, dass damit eine gezielte Variation der Laserlichtleistung
mittels eines einzigen akusto-optischen Modulators unter Ausnutzung der
nullten Beugungsordnung möglich wird. Die Verwendung der nullten
Beugungsordnung bringt es mit sich, dass die Strahlrichtung bis auf einen
Parallelversatz für alle verwendeten Wellenlängen unverändert bleibt, so dass
eine äußerst leichte Justage des Mikroskopes möglich ist. Darüber hinaus
kann der einzige akusto-optische Modulator, der für die variable Modulation
der Intensität der eingestrahlten Lichtstrahlung verwendet werden kann, als
kleines Bauteil ausgeführt werden, wobei auch auf eine Hochspannung zum
Betrieb des Bauteiles verzichtet werden kann.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungsteile, bei
deren Darstellung zugunsten der Anschaulichkeit auf eine maßstabsgetreue
Wiedergabe verzichtet wurde.
Es zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Scan-Mikroskops,
Fig. 2 die prinzipielle Anordnung eines erfindungsgemäßen Modulators,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung zur Wirkungsweise eines akusto-optischen
Modulators gemäß der Erfindung.
Fig. 4 eine weitere Prinzipdarstellung zur Wirkungsweise einer Anordnung
zur variablen Änderung der Lichtleistung eines Lichtstrahles.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Scan-Mikroskops 100. Dieser
Aufbau besteht im Wesentlichen aus einer Lichtquelle 10 die einen Lichtstrahl
12 erzeugt. Lichtstrahl 12 fällt auf eine Anordnung zur variablen Änderung der
Lichtleistung, die einen einzigen akusto-optischen Modulator 13 und einen
weiteren Strahlabsorber 21 aufweist. Aus diesem Modulator 13 tritt ein
Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 aus, der dann im Mikroskop 100 als
Beleuchtungsstrahlung 23 für die Untersuchung der Probe 20 verwendet wird.
Der Lichtstrahl erster Beugungsordnung 19 und Lichtstrahlen höherer
Beugungsordnungen werden vom Strahlabsorber 21 ausgeblendet. Die
Beleuchtungsstrahlung 23 gelangt durch eine Beleuchtungsblende 14 auf
einen Hauptstrahlteiler 16. Vom Hauptstrahlteiler 16 gelangt das modulierte
Licht der Lichtquelle 10 auf einen Scanner 18. Der Scanner 18 ist derart
ausgestaltet, dass damit eine zu untersuchende Probe 20 auf eine
gewünschte Weise durch die Beleuchtungsstrahlung 23 abgetastet werden
kann. Die Beleuchtungsstrahlung 23 wird über ein Objektiv 22 auf die zu
untersuchenden Probe 20 gerichtet. In gleicher Weise wird ein von der Probe
20 zurückgesendeter Detektionslichtstrahl 24 durch das Objektiv 22 auf den
Scanner 18 gerichtet. Vom Scanner 18 ausgehend tritt der
Detektionslichtstrahl 24 durch den Hauptstrahlteiler 16. Vor einem im nach
dem Hauptstrahlteiler 16 im Detektionslichtstrahl 24 angeordneten Detektor 11
ist eine Detektionsblende 15 vorgesehen. Der Detektionslichtstrahl ist in der
Abbildung gestrichelt dargestellt.
In Fig. 2 ist in einer vergrößerten Prinzipdarstellung der erfindungsgemäß
eingesetzte Modulator 13 im Strahlengang gezeigt. Der Modulator 13 ist als
akusto-optischer Modulator ausgeführt, der einer Lichtquelle 10, insbesondere
einer Laserlichtquelle, nachgeordnet ist. Von der Lichtquelle 10 geht ein
Lichtstrahl 12 aus, der auf den akusto-optischen Modulator 13 einfällt. Der auf
den akusto-optischen Modulator 13 einfallende Lichtstrahl 12 wird dort
gebeugt. Durch diese Beugung gelangt aus dem akusto-optischen Modulator
ein Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 sowie ein Lichtstrahl erster
Beugungsordnung 19. Mit Hilfe eines Strahlabsorbers 21 wird nun diejenige
Strahlung, die im Weiteren im Mikroskop nicht verwendet werden soll,
ausgeblendet. Da erfindungsgemäß lediglich die nullte Beugungsordnung im
Mikroskop weiterverwendet werden soll, wird lediglich der Lichtstrahl nullter
Beugungsordnung 17 durch den weiteren Strahlabsorber 21 durchgelassen,
während die übrige Strahlung, insbesondere der Lichtstrahl erster
Beugungsordnung 19 an dem weiteren Strahlabsorber 21 ausgeblendet wird.
Der Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 wird im Weiteren im Mikroskop
zur Probenuntersuchung verwendet, wobei die übrigen Komponenten des
Mikroskops schematisch durch das Bauteil 26 dargestellt sind. Der weiteren
Strahlabsorber 21, der als strahlbegrenzendes Mittel wirkt, ist dabei so
gewählt, dass lediglich der Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 durch ihre
Öffnung gelangen kann wohin gegen der Lichtstrahl erster Beugungsordnung
19 sowie Lichtstrahlen höherer Beugungsordnungen für alle eingesetzten
Wellenlängen des Lichtstrahls 12 abgefangen werden. Bei der Ausgestaltung
des weiteren Strahlabsorbers 21 kann selbstverständlich auf alle üblichen
Blendenformen insbesondere auf kreissymmetrische Blenden oder Spalte
zurückgegriffen werden.
In Fig. 3 ist im Detail die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung
zur variablen Änderung der Lichtleistung mit einem einzigen akusto-optischen
Modulators 13 dargestellt. Der akusto-optische Modulator 13 weist dabei als
akusto-optisches Medium 28 einen für die Laserstrahlung transparenten
Kristall auf. Bei Verwendung einer UV-Strahlung als Lichtstrahl 12 ist dieser
Kristall als UV-transparenter Kristall ausgeführt. Für den nahen Infrarot-
Wellenlängenbereich von etwa 700 bis 1100 nm kann der Kristall
beispielsweise als TeO2-Kristall ausgeführt werden. Bei der Auswahl des
akusto-optischen Kristalles ist jedenfalls darauf zu achten, dass eine möglichst
hohe maximale Transmission der Laserleistung in der nullten
Beugungsordnung erreicht werden kann. Bei einem TeO2-Kristall
beispielsweise liegt diese maximale Transmissionsleistung zwischen 700 und
1100 nm bei etwa 95% der Intensität des einfallenden Lichtstrahls 12. An den
akusto-optischen Modulator wird mit Hilfe eines HF-Signal-Generators 30 ein
Hochfrequenzsignal angelegt, das von einem Wandler 31 auf das akusto
optische Medium 28 übertragen wird, so dass im Inneren des Kristalles ein
Schallfeld erzeugt wird, das für den einfallenden Lichtstrahl 12 als Gitter 32
wirkt. An diesem Gitter wird der einfallende Lichtstrahl 12 gebeugt, wobei als
Beugungsergebnis in Fig. 3 der Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 sowie
der Lichtstrahl erster Beugungsordnung 19 gezeigt sind. Bei der Auswahl
eines geeigneten akusto-optischen Modulator-Kristalls ist im Übrigen auch
darauf zu achten, dass die maximal erzielbare Auslöschung in der nullten
Beugungsordnung möglichst hoch ist. Mit dem verwendeten TeO2-Kristall ist
es möglich, eine Auslöschung von 70 : 1 zu erreichen, was einer
Resttransmission von etwa 1,4% der Intensität des einfallenden Lichtstrahls
12 entspricht. Diese Resttransmission ist ausreichend, um in dem
ausgehenden Lichtstrahl nullter Beugungsordnung 17 eine derartige
Ausblendung der Beleuchtungsstrahlung 23 im Mikroskop zu bewerkstelligen,
dass die Leistung der Beleuchtungsstrahlung 23 während eines Bildscans so
weit abgeschwächt werden kann, dass während eines Zeilenrücklaufs ein
Ausbleichen oder ungewolltes Erwärmen der Probe vermieden wird.
Da die Ablenkung in die nullte Beugungsordnung wellenlängenunabhängig ist
und die Strahlrichtung des einfallenden Lichtstrahles 12 für den Lichtstrahl
nullter Beugungsordnung 17 bis auf einen Parallelversatz unverändert bleibt,
kann eine äußerst leichte Justage erfolgen.
Die Verwendung des Lichtstrahles nullter Beugungsordnung 17 im Mikroskop
wirkt sich außerdem deshalb besonders vorteilhaft aus, weil sie
wellenlängenunabhängig ist und damit gerade für Laserimpulse kurzer Dauer
nicht zu einer unerwünschten räumlichen Verbreiterung führt.
Wie bereits erwähnt, ist bei der Auswahl eines geeigneten akusto-optischen
Kristalls 28 darauf zu achten, dass eine möglichst hohe Transmission der
Laserleistung in der nullten Beugungsordnung sowie eine möglichst hohe
Auslöschung beim Betreiben des akusto-optischen Modulators 13 erreicht
werden kann. Im Wellenlängenbereich von 700 bis 1100 nm kann hierzu
beispielsweise der TeO2-Kristall verwendet werden, der einen Brechungsindex
von etwa 2,2 aufweist und mit einer Laserleistung von bis zu 5 W/mm2
betrieben werden kann, ohne das thermische Effekte die Wirkungsweise
negativ beeinflussen würden.
Der verwendete Modulatorkristall lässt sich auch über einige seiner
Eigenschaften, die in der ersten Beugungsordnung definiert sind,
charakterisieren. In der ersten Beugungsordnung weist der verwendete Kristall
einen Extinktionskoeffizienten von 2000/1 auf. Die akusto-optische Effizienz,
die als Verhältnis der Intensität des Lichtstrahls erster Beugungsordnung 19
und der Intensität des Lichtstrahles nullter Beugungsordnung 17 ohne
Hochfrequenzfeld definiert ist, liegt bei 80%. Zur Ermittlung dieser Werte wird
die Verwendung eines Lichtstrahls 12 mit einer Wellenlänge von 1064 nm und
einer angelegten HF-Leistung von 2 W vorausgesetzt.
Fig. 4 zeigt eine weitere Prinzipdarstellung zur Wirkungsweise einer
Anordnung zur variablen Änderung der Lichtleistung eines Lichtstrahles. Der
einfallende kollimierte Lichtstrahl 12 weist einen Durchmesser d auf und eine
Projektion 33 auf den Modulator 13 auf. Der Durchmesser d ist größer als die
Breite s des akustischen Gitters 32. Der Zentralbereich des Lichtstrahls 12,
die auf das Gitter 32 treffen, werden in eine 0. Ordnung und in höhere
Ordnungen gebeugt. Die Anteile 34 des Lichtstrahles, die nicht auf das Gitter
32 treffen durchlaufen den Modulator 13 ungestört und treffen auf den
Strahlabsorber 35, der als Schlitzblende ausgeführt ist. Die höheren werden
an dem weiteren Strahlabsorber 21, der als Spaltblende ausgeführt ist,
absorbiert.
Die Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform
beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass Änderungen und
Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich
der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
10
Lichtquelle
11
Detektor
12
Lichtstrahl
13
Modulator
14
Beleuchtungsblende
15
Detektionsblende
16
Hauptstrahlteiler
17
Lichtstrahl nullter Beugungsordnung
18
Scanner
19
Lichtstrahl erster Beugungsordnung
20
Probe
21
Strahlabsorber
22
Objektiv
23
Beleuchtungsstrahlung
24
Detektionslichtstrahl
26
Restkomponenten des Mikroskops
28
akusto-optisches Medium
30
HF-Signal-Generator
31
Wandler
32
Gitter
33
Projektion
34
Anteile
35
Strahlabsorber
100
Mikroskop
Claims (21)
1. Anordnung zur variablen Änderung der Lichtleistung eines
Lichtstrahles, der einen Strahlengang festlegt, mit einem in dem Strahlengang
angeordneten akusto-optischen Modulator, in dem eine räumlich begrenzte
akustische Welle erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl
den akusto-optischen Modulator weitgehend kollimiert durchläuft und dass
dem akusto-optischen Modulator ein Strahlabsorber zum Ausblenden des an
der akustischen Welle vorbei gelaufenen Anteile des Lichtstrahles
vorgesehen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
akusto-optische Modulator als einziges die Lichtleistung variabel
beeinflussendes Element vorgesehen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine
weiterer Strahlabsorber vorgesehen ist, der höhere Beugungsordnungen des
aus dem akusto-optischen Modulator austretenden Lichtstrahls ausblendet
und ausschließlich die nullte Beugungsordnung des Lichtstrahles passieren
lässt.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Strahlabsorber und/oder der weitere Strahlabsorber
als kreissymmetrischer Absorber, insbesondere als Lochblende, ausgeführt
ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass der Strahlabsorber und/oder der weitere Strahlabsorber
als spaltförmiger Absorber ausgeführt ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der Extinktionskoeffizient des akusto-optischen
Modulators in der ersten Beugungsordnung wenigstens 2000/1 beträgt.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass als akusto-optisches Medium (28) TeO2 verwendet wird.
8. Mikroskop mit einer Lichtquelle, die einen einen Strahlengang
festlegenden Lichtstrahl zur Beleuchtung einer Probe emittiert und mit einem
akusto-optischen Modulator zur variablen Änderung der Lichtleistung des
Lichtstrahles, der in dem Strahlengang angeordnet ist und in dem eine
akustische Welle erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtstrahl
den akusto-optischen Modulator weitgehend kollimiert durchläuft und dass
dem akusto-optischen Modulator ein Strahlabsorber zum Ausblenden des an
der akustischen Welle vorbei gelaufenen Anteile des Lichtstrahles
vorgesehen ist.
9. Mikroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein
aus dem akusto-optischen Modulator austretender Lichtstrahl nullter
Beugungsordnung den weiteren Komponenten des Mikroskops unmittelbar
zugeführt wird.
10. Mikroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der
akusto-optische Modulator als einziges die Lichtleistung variabel
beeinflussendes Element vorgesehen ist.
11. Mikroskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine
weiterer Strahlabsorber vorgesehen ist, der höhere Beugungsordnungen des
aus dem akusto-optischen Modulator austretenden Lichtstrahls ausblendet
und ausschließlich die nullte Beugungsordnung des Lichtstrahles passieren
lässt.
12. Mikroskop nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der Strahlabsorber und/oder der weitere Strahlabsorber
als kreissymmetrischer Absorber, insbesondere als Lochblende, ausgeführt
ist.
13. Mikroskop nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der Strahlabsorber und/oder der weitere Strahlabsorber
als spaltförmiger Absorber ausgeführt ist.
14. Mikroskop nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass der Extinktionskoeffizient des akusto-optischen
Modulators in der ersten Beugungsordnung wenigstens 2000/1 beträgt.
15. Mikroskop nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass als akusto-optisches Medium (28) TeO2 verwendet wird.
16. Mikroskop nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass das Mikroskop ein Scanmikroskop ist.
17. Verfahren zur Veränderung der Lichtleistung eines von einer
Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahles in einem Mikroskop, das einen
Strahlengang festlegt, mit einem in dem Strahlengang angeordneten akusto
optischen Modulator, gekennzeichnet, durch folgende Schritte:
- - Lenken des weitgehend kollimierten Lichtstrahles auf den akusto-optischen Modulator gelenkt wird und
- - Ausblenden der an der akustischen Welle vorbei gelaufenen Anteile des Lichtstrahles mit einem Strahlabsorber.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der
auf den akusto-optischen Modulator einfallende Lichtstrahl in einen Lichtstrahl
nullter Beugungsordnung, einen Lichtstrahl erster Beugungsordnung und
Lichtstrahlen höherer Ordnung gebeugt wird und dass der gebeugte
Lichtstrahl nullter Beugungsordnung im Wesentlichen ohne weitere variable
Schwächung den weiteren Komponenten des Mikroskops zugeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der
Lichtstrahl erster Beugungsordnung mit einem weiteren Strahlabsorber,
ausgeblendet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als
akusto-optischer Modulator ein Modulator verwendet wird, der in der ersten
Beugungsordnung einen Extinktionskoeffizienten aufweist, der wenigstens
2000/1 beträgt.
21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als
akusto-optischer Modulator (13) ein Modulator verwendet wird, der als akusto
optisches Medium (28) TeO2 aufweist.
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