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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Mikroskopie und insbesondere ein Verfahren zur Mikroskopie,
wobei eine Probe mit gepulstem Beleuchtungslicht, das Licht aus
einem Spektralbereich aufweist, beleuchtet wird und von der Probe
ausgehendes Detektionslicht in einem Detektionsspektralbereich detektiert
wird.
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Außerdem betrifft die Erfindung
ein Mikroskop mit einer Lichtquelle zur Erzeugung von gepulstem
Beleuchtungslicht, das Licht aus einem Spektralbereich aufweist,
und mit mindestens einem Detektor zum Detektieren des von einer
Probe ausgehenden Detektionslichtes in einem Detektionsspektralbereich.
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Zur Untersuchung von biologischen
Proben ist es seit langem üblich,
die Probe mit optischen Markern, insbesondere mit Fluoreszenzfarbstoffen zu
präparieren.
Oft werden, beispielsweise im Bereich der Genuntersuchungen; mehrere
unterschiedliche Fluoreszenzfarbstoffe in die Probe eingebracht, die
sich spezifisch an bestimmten Probenbestandteilen anlagern. Aus
den Fluoreszenzeigenschaften der präparierten Probe können beispielsweise
Rückschlüsse auf
die Beschaffenheit, die Zusammensetzung der Probe oder auf Konzentrationen
bestimmter Stoffe innerhalb der Probe gezogen werden.
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Insbesondere in der Scanmikroskopie
werden Verfahren verwendet, die ortsabhängige Nichtlinearitäten der
Probe ausnutzen. Zu diesem Bereich gehört beispielsweise „Coherent
Anti Stokes Raman Scattering" (CARS),
das u.a. aus der PCT-Anmeldung
WO 0200004352 A1 bekannt ist. Allerdings
ist anzumerken, dass für
dieses Verfahren Beleuchtungslicht mit mindestens zwei unterschiedlichen
Beleuchtungslichtwellenlängen
bei hohen Lichtleistungen erforderlich ist.
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Ein anderes Verfahren, das sich nichtlineare Effekte
zu nutzen macht ist die sog. STED-Mikroskopie (STED: Stimulated
Emission Depletion), die beispielsweise aus
PCT/DE/95/00124 bekannt
ist. Hierbei werden die lateralen Randbereiche des Fokusvolumens
des Anregungslichtstrahls mit einem Lichtstrahl einer anderen Wellenlänge, dem
sog. Stimulationslichtstrahl, der von einem zweiten Laser emittiert wird,
beleuchtet, um dort die vom Licht des ersten Lasers angeregten Probenbereiche
stimuliert in den Grundzustand zurück zu bringen. Detektiert wird dann
nur das spontan emittierte Licht aus den nicht vom zweiten Laser
beleuchteten Bereichen, so daß insgesamt
eine Auflösungsverbesserung
erreicht wird.
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In der Mehrphotonen-Scanmikroskopie
werden die Fluoreszenzphotonen detektiert, die auf einen Zwei- oder
Mehrphotonenanregungsprozess zurückzuführen sind.
Die Wahrscheinlichkeit eines Zwei-Photonenüberganges ist vom Quadrat der
Anregungslichtleistung abhängig
und findet daher mit großer
Wahrscheinlichkeit im Fokus des abtastenden Beleuchtungslichtstrahles
statt, da dort die Leistungsdichte am höchsten ist. Um ausreichend
hohe Lichtleistungen zu erzielen, ist es zweckmäßig, das Beleuchtungslicht
zu pulsen und so hohe Pulsspitzenleistungen zu erreichen. Diese
Technik ist bekannt und beispielsweise in der amerikanischen Patenschrift
US 5,034,613 „Two-photon
laser microscopy" und
in der deutschen Offenlegungsschrift
DE
44 14 940 offenbart. Ein weiterer Vorteil der Mehrphotonenanregung
insbesondere in der konfokalen Scanmikroskopie liegt im verbesserten
Bleichverhalten; da die Probe nur im Bereich ausreichender Leistungsdichte,
also im Fokus eines Beleuchtungslichtstrahles, ausbleicht. Außerhalb
dieses Bereichs findet im Gegensatz zur Ein-Photonen-Anregung nahezu
kein Bleichen statt.
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In der Scanmikroskopie wird eine
Probe mit einem Lichtstrahl beleuchtet, um das von der Probe emittierte
Reflexions- oder Fluoreszenzlicht zu beobachten. Der Fokus eines
Beleuchtungslichtstrahles wird mit Hilfe einer steuerbaren Strahlablenkeinrichtung,
im Allgemeinen durch Verkippen zweier Spiegel, in einer Objektebene
bewegt, wobei die Ablenkachsen meist senkrecht aufeinander stehen,
so dass ein Spiegel in x-, der andere in y-Richtung ablenkt. Die
Verkippung der Spiegel wird beispielsweise mit Hilfe von Galvanometer-Stellelementen
bewerkstelligt. Die Leistung des vom Objekt kommenden Lichtes wird
in Abhängigkeit
von der Position des Abtaststrahles gemessen. Üblicherweise werden die Stellelemente
mit Sensoren zur Ermittlung der aktuellen Spiegelstellung ausgerüstet.
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Speziell in der konfokalen Scanmikroskopie wird
ein Objekt mit dem Fokus eines Lichtstrahles in drei Dimensionen
abgetastet.
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Ein konfokales Rastermikroskop umfasst
im Allgemeinen eine Lichtquelle, eine Fokussieroptik, mit der das
Licht der Quelle auf eine Lochblende – die sog. Anregungsblende – fokussiert
wird, einen Strahlteiler, eine Strahlablenkeinrichtung zur Strahlsteuerung,
eine Mikroskopoptik, eine Detektionsblende und die Detektoren zum
Nachweis des Detektions- bzw. Fluoreszenzlichtes. Das Beleuchtungslicht wird über einen
Strahlteiler eingekoppelt. Das vom Objekt kommende Fluoreszenz-
oder Reflexionslicht gelangt über
die Strahlablenkeinrichtung zurück
zum Strahlteiler, passiert diesen, um anschließend auf die Detektionsblende
fokussiert zu werden, hinter der sich die Detektoren befinden. Detektionslicht,
das nicht direkt aus der Fokusregion stammt, nimmt einen anderen
Lichtweg und passiert die Detektionsblende nicht, so dass man eine
Punktinformation erhält,
die durch sequentielles Abtasten des Objekts zu einem dreidimensionalen
Bild führt.
Meist wird ein dreidimensionales Bild durch schichtweise Bilddatennahme
erzielt, wobei die Bahn des Abtastlichtstrahles auf bzw. in dem
Objekt idealer Weise einen Mäander
beschreibt. (Abtasten einer Zeile in x-Richtung bei konstanter y-Position,
anschließend
x-Abtastung anhalten und per y-Verstellung
auf die nächste
abzutastende Zeile schwenken und dann, bei konstanter y-Position,
diese Zeile in negative x-Richtung abtasten u.s.w.). Um eine schichtweise
Bilddatenaufnahme zu ermöglichen,
wird der Probentisch oder das Objektiv nach dem Abtasten einer Schicht
verschoben und so die nächste
abzutastende Schicht in die Fokusebene des Objektivs gebracht.
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Eine spektrale Beeinflussung von
Lichtpulsen durch Amplituden- und/oder Phasenmodulation ist aus
der Literatur, z. B. aus Rev. of Scientific Instruments 71 (5) p.1929–1960 bekannt.
Meist wird die spektrale Veränderung
der Laserpulse zur Verkürzung
der Pulse, ihrer optimalen Formung oder zur Steuerung optisch induzierter
Prozesse verwendet.
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Nachteilig bei den genannten Verfahren
ist, dass hohe Lichtleistungen erforderlich sind, was einerseits
große
Anforderungen an die Lichtquelle stellt und andererseits zu ungewollten
Schädigungen der
Probe, beispielsweise durch Bleichen, führt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur Mikroskopie vorzuschlagen, das zuverlässig und
effizient bei verminderter Probenschädigung eine Ausnutzung von
nichtlinearen Prozessen ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren
gelöst, das
durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
- – Erzeugen
von gepulstem Beleuchtungslicht, das Wellenlängen aufweist, die in einem
Spektralbereich liegen,
- – Festlegen
eines Detektionsspektralbereichs, der innerhalb des Spektralbereichs
liegt,
- – Beeinflussen
der Lichtanteile des Beleuchtungslichts, die Wellenlängen innerhalb
des Detektionsspektralbereichs aufweisen,
- – Beleuchten
einer Probe mit dem Beleuchtungslicht,
- – Detektieren
des von der Probe ausgehenden Detektionslichtes innerhalb des Detektionsspektralbereichs.
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Es ist außerdem eine Aufgabe der Erfindung, ein
Mikroskop anzugeben, mit dem zuverlässig und effizient eine Untersuchung
einer Probe unter Ausnutzung nichtlinearer Prozesse bei verminderter
Probenbelastung ermöglicht
ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Mikroskop
gelöst,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Detektionsspektralbereich
innerhalb des Spektralbereichs liegt und dass das Beleuchtungslicht
kein Licht aus dem Detektionsspektralbereich mit denselben Polarisationseigenschaften
beinhaltet.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass
das erfindungsgemäße Verfahren
ortsabhängige
optische Nichtlinearitäten
ausnutzt, jedoch mit deutlich kleineren Lichtintensitäten auskommt,
wobei der Einsatz möglichst
geringer Lichtintensitäten – insbesondere für biologische
Proben – besondere
Bedeutung hat. Außerdem
ist die Untersuchung der Probe in großer Probentiefe möglich.
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Die Idee des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, aus dem Spektrum ultrakurzer Laserpulse (d. h. vorzugsweise
Pikosekunden- und Femtosekundenlaserpulse) gewisse spektrale Anteile – nämlich die
aus dem Detektionsspektralbereich – zu beeinflussen, das so präparierte
Beleuchtungslicht auf ein Probenvolumen zu fokussieren und das hierbei
im Bereich der zuvor entfernten spektralen Anteile durch nichtlineare
Prozesse entstandene Detektionslicht praktisch untergrundfrei zu
detektieren. Die Leistung und eventuell spektrale Verteilung dieses Detektionslichts
wird für
die Bildgebung verwendet.
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In einer bevorzugten Ausführung ist
das Beeinflussen ein Entfernen der Lichtanteile des Beleuchtungslichts,
die Wellenlängen
innerhalb des Detektionsspektralbereichs aufweisen. In einer anderen Ausführung beinhaltet
das Beeinflussen ein Verändern
des Polarisationszustandes der Lichtanteile des Beleuchtungslichts,
die Wellenlängen
innerhalb des Detektionsspektralbereichs aufweisen. Das Verändern des
Polarisationszustandes kann insbesondere eine Drehung einer Linearpolarisation
umfassen. Durch Drehung der Linearpolarisationsrichtung ist das
Detektionslicht im Detektionsspektralbereich von dem Beleuchtungslicht
unterscheidbar.
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In einer ganz besonders bevorzugten
Ausführung
umfasst das Beeinflussen eine spektrale Filterung. Hierzu ist in
einer Ausführungsform
ein spektraler Filter vorgesehen, der die Lichtanteile des Beleuchtungslichts,
die Wellenlängen
innerhalb des Detektionsspektralbereichs aufweisen, aus dem Beleuchtungslicht
entfernt. Das Beleuchtungslicht beinhaltet in dieser Ausführungsform
kein Licht aus dem Detektionsspektralbereich. In einer anderen Variante ist
ein spektraler Filter vorgesehen, der den Polarisationszustand der
Lichtanteile des Beleuchtungslichts, die Wellenlängen innerhalb des Detektionsspektralbereichs
aufweisen, verändert.
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Durch die spektrale Filterung werden
aus dem Spektrum des Beleuchtungslichts bestimmte Frequenzbereiche
entfernt, um dort ein spektrales Fenster zu besitzen, in dessen
Innerem sich infolge nichtlinearer Prozesse entstandenes Detektionslicht untergrundfrei
detektieren lässt.
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In einer bevorzugen Ausgestaltung
ist ein weiterer spektraler Filter vorgesehen, der nur Licht der
Wellenlängen
des Detektionsspektralbereichs zum Detektor gelangen lässt. Vorzugsweise
ist der weitere spektrale Filter zum spektralen Filter invers.
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In einer Variante wird das Beleuchtungslicht schon
so erzeugt, dass der Detektionsspektralbereich innerhalb des Spektralbereichs
liegt und dass das Beleuchtungslicht kein Licht aus dem Detektionsspektralbereich
beinhaltet. Der Detektionsspektralbereich bzw. die Detektionsspektralbereiche
können
beispielsweise die Spektrallücken
zwischen den äquidistanten
Moden eines modenverkoppelten Pulslasers sein.
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In einer ganz besonders bevorzugen
Ausgestaltung ist das Mikroskop ein Scanmikroskop, insbesondere
ein konfokales Scanmikroskop.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand
schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend
beschrieben, wobei gleich wirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen
versehen sind. Dabei zeigen:
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1 Ein
erfindungsgemäßes Mikroskop,
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2 Masken
für spektrale
Filter,
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3 ein
weiteres erfindungsgemäßes Mikroskop,
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4 ein
weiteres erfindungsgemäßes Mikroskop,
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5 ein
weiteres erfindungsgemäßes Mikroskop,
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6 ein
weiteres erfindungsgemäßes Mikroskop.
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1 zeigt
schematisch ein erfindungsgemäßes Mikroskop,
das als Scanmikroskop ausgeführt
ist. Die optischen Bauteile zur Führung, Lenkung und Fokussierung
des Beleuchtungslichtstrahls 1, der von einem Pulslaser 7 erzeugt
wird und des Detektionslichtstrahls 3, sowie die Vorrichtungen
zur Auswertung der Detektionslichtdaten und zur Anzeige eines Abbildes
der Probe sind der besseren Übersichtlichkeit
wegen nicht gezeigt. Diese Bauteile sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.
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Das Mikroskop beinhaltet einen spektralen Filter 5,
der die Lichtanteile des Beleuchtungslichts, die Wellenlängen innerhalb
des Detektionsspektralbereichs aufweisen, aus dem Beleuchtungslichtstrahl 1 entfernt.
Hierzu wird das Licht räumlich
spektral mit einem ersten Gitter 9 aufgespalten und anschließend mit
der ersten Linse 11 auf eine Maske 13 fokussiert, die
die spektralen Anteile entfernt, die innerhalb der Detektionsspektralbereiche
liegen. Das Gitter 9 und die erste Maske 13 befinden
sich in den Brennebenen der Linse 11 in einer 4f-Anordnung.
Die Maske 13 weist transparente und undurchsichtige Bereichen auf.
Sie kann als statische Maske oder aber auch als dynamisch ansteuerbare
Maske (Flüssigkristalldisplay,
Klappspiegelarray etc.) ausgeprägt
sein. Nach der ersten Maske 13 werden die unterschiedlichen spektralen
Anteile des Beleuchtungslichts durch eine symmetrische Anordnung
aus einer zweiten Linse 15 und zweitem Gitter 17 wieder
zu einem gemeinsamen Beleuchtungslichtstrahl 1 zusammengeführt. Dieser
Beleuchtungslichtstrahl wird nun in den Mikroskopstrahlengang eingekoppelt
und von einem Objektiv 19 auf die zu untersuchende Probe 21 fokussiert.
Das Mikroskop scannt z. B., indem einer oder mehrere Spiegel im
Strahlengang als Scanspiegel ausgeführt sind und/oder durch bewegen
des Probentischs. Im Innern der Probe 21 am Ort des Fokus des
Beleuchtungslichtstrahls 1 finden nun nichtlineare Prozesse
wie Selbstphasenmodulation, Continuum Generation etc. statt, bei
denen neue Lichtfrequenzen erzeugt werden, welche sich unter anderem auch
in den durch die vorherige Blende ausgefilterten Bereichen befinden
können.
Nach dem Probendurchgang wird das von der Probe 21 ausgehende Detektionslichtstrahl 3 mit
einem Kondensor 23 kollimiert zu einem weiteren spektralen
Filter 25 gelenkt. Der weitere spektrale Filter 25 ist zu
dem spektralen Filter 5, der von dem Beleuchtungslichtstrahl 1 durchlaufen
ist, invers ausgeführt;
d. h. wo vorher Licht durchkam, wird jetzt das Licht geblockt. Er
enthält eine
dritte Linse 29 und eine vierte Linse 31, sowie ein
drittes Gitter 33 und ein viertes Gitter 35; außerdem eine
zweite Maske 37, die zur ersten Maske 13 invers
ist. Hierdurch werden die noch im Detektionslichtstrahl 3 vorhandenen
Anteile des Beleuchtungslichtstrahles 1 herausgefiltert,
so dass letztendlich beim Detektor 27 nur noch im Probenfokus
entstandenes Detektionslicht ankommt. Die Leistung dieses Lichts
gibt u.a. Auskunft über
die nichtlinearen Brechungsindizes im Probenfokus, welche von den
lokalen Gegebenheiten in der Probe 21 abhängen, und
ist deshalb bei Scannen des Fokus über die Probe 21 als
Signal für
bildgebende Verfahren geeignet.
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Die 2 zeigt
verschiedene räumliche erste
Masken 13 und zweite Masken 37, die in dem ersten
spektralen Filter 5 bzw. in dem zweiten spektralen Filter 25 eingesetzt
werden können,
wobei die zweiten Masken 37 zu den ersten Masken 13 invers sind.
Die transmittierenden Bereiche können
noch zusätzlich
eingeschränkt
werden.
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3 zeigt
ein weiteres erfindungsgemäßes Mikroskop.
Es entspricht in Bezug auf die Beleuchtung analog zu dem in 1 gezeigten Scanmikroskop;
bei der Detektion sind mehrere Detektoren 39, 41, 43, 45 vorgesehen,
die hinter der zweiten Maske 37 angeordnet sind. Es könnte auch
ein Zeilendetektor oder ein Array von Detektoren (z.B. CCD) verwendet
werden. Auf die mehreren einzelnen Detektoren 39, 41, 43, 45 fallen
nach der spektralen Aufspaltung mit dem Gitter 33 die Anteile
des Detektionslichtstrahls 3, die dieselben Wellenlängenbereich
aufweisen, wie die Anteile des Beleuchtungslichtstrahles 1, die
durch die erste Maske 13 entfernt wurden. In einer besonders
einfachen Anordnung lässt
sich hierbei auch auf die Maske selbst verzichten. Man erhält durch
Verwendung der mehreren Detektoren 39, 41, 43, 45 zusätzliche
Informationen darüber,
mit welcher Stärke
die nichtlinearen Prozesse in den unterschiedlichen spektralen Bereichen
auftreten, was sich evtl. für
eine differenziertere Bildgebung nutzen lässt.
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Es ist auch möglich, für den zweiten spektralen Filter 25 zumindest
teilweise dieselben optischen Elemente zu nutzen, wie für den ersten
spektralen Filter 13 indem man den Lichtstrahl zumindest
teilweise ein zweites Mal über
sie führt.
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4 zeigt
ein weiteres erfindungsgemäßes Mikroskop.
Statt der Gitter 9, 17, 33, 35 werden
ein erstes Prisma 47, ein zweites Prisma 49, ein
drittes Prisma 51 und ein viertes Prisma 53 zum
spektralen Aufspalten bzw. Vereinigen verwendet. Der von dem Pulslaser 7 erzeugte
Beleuchtungslichtstrahl 1 ist linear polarisiert. Die Maske 13 dreht
die Polarisationsrichtung die Anteile des Beleuchtungslichtstrahles 1,
die Wellenlängen
aus den Detektionsbereichen aufweisen, um 90 Grad. Die Polarisationsbeeinflussung
erfolgt durch eine geeignet strukturierte und ausgerichtete doppelbrechende
feste Maske 13 (z. B. strukturiertes λ/2-Plättchen) oder auch durch eine dynamisch
angesteuerte Maske 13, welche beispielsweise durch ein
Flüssigkristalldisplay
realisiert werden kann. Nach dem Probendurchgang wird das von der
Probe ausgehende Detektionslicht durch einen zweiten spektralen
Filter 25 so gefiltert, dass das Beleuchtungslicht, dessen
Polarisation von dem ersten spektralen Filter 5 nicht gedreht
wurde, vollständig
entfernt wird. Dies geschieht dadurch, dass in dem zweiten spektralen
Filter 25 über
eine geeignete zweite Maske 37 der Polarisationszustand
der unterschiedlichen spektralen Anteile so verändert wird, dass alle Anteile,
die direkt aus dem Pulslaser 7 stammen, wieder eine gemeinsame
Polarisation erhalten, welche durch einen nachfolgenden Polarisator 55 aus
dem Strahlengang entfernt wird. Im konkreten Ausführungsbeispiel
werden in dem zweiten spektralen Filter 25 diejenigen spektralen
Anteile nochmals in der Polarisation um 90° gedreht, die bereits in dem
ersten spektralen Filter 25 eine Polarisationsänderung
erfahren haben. Durch den Polarisator 55 werden dann alle
spektralen Anteile aus dem Strahl entfernt, die eine Polarisation
von 0° besitzen. Im
Strahlengang befindet sich dann in der Regel nur noch Licht, das
in der Probe durch nichtlineare Prozesse entstanden ist und dessen
Intensität
Aussagen über
die lokalen nichtlinearen Brechungsindizes der Probe im Fokus zulässt und
sich daher zur Bildgebung eignet. Man kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel
auf einige Teile des zweiten spektralen Filters 25 verzichten,
wie z. B. die vierte Linse 31 und das vierte Prisma 53,
wenn man z. B. den oder die Detektoren mit Polarisatoren versieht
und direkt hinter der Maskenebene 25 anordnet.
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5 zeigt
eine besonders geschickte Ausführungsform,
bei der das je nach Wellenlänge
in 0° oder
90°-Richtung
polarisierte Licht vor der Probe mit Hilfe eines Polarisationsteilers 57 aufgespalten
wird, wonach die beiden Lichtanteile des Beleuchtungslichtstrahles 1 aus
gegenläufigen
Richtungen auf die Probe 21 von einem ersten Objektiv 59 und
einem weiteren Objektiv 61 fokussiert werden. Hierbei ist
jeweils das Objektiv für
die eine Polarisationsrichtung gleichzeitig der Kondensor für die andere
Polarisationsrichtung. Nach Probendurchgang und Durchgang durch
einen Polarisationsdreher 62 (Diese Nummer ist schon für das 2.
Objektiv vergeben, auch im Bild), der als λ/2-Plättchen 63, das vorzugsweise
die Polarisation um 90° dreht,
ausgeführt
ist, werden die beiden Lichtanteile des Detektionslichtes über den
Polarisationsstrahlteiler zusammengeführt, wobei das durch die Probe
unbeeinflusste Licht vom später
zu detektierenden Licht durch den Polarisationsstrahlteiler 57 so
abgetrennt wird, dass nur das in der Probe neu entstandene Licht
im Detektor 27 detektiert wird.
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Im Ausführungsbeispiel in 6 wurde auf den ersten spektralen
Filter verzichtet. Das Licht des Pulslasers 7 setzt sich
aus sehr dicht liegenden Linien zusammen. Dies ist als Effekt der
Modenkopplung bei vielen der üblichen
Pikosekunden- und Femtosekundenlaser der Fall. Der spektrale Linienabstand entspricht
hier meist der Pulsfrequenz des entsprechenden Lasers; so setzt
sich z. B. das Spektrum eines mit der Repetitionsrate 80MHz pulsenden
Titan-Saphir-Femtosekundenlasers aus einzelnen spektralen Linien
im spektralen Abstand von 80MHz zusammen. Zwischen den einzelnen
spektralen Linien befinden sich Lücken im Spektrum, so dass das Spektrum
dieses Pulslasers 7 den gefilterten Spektren der zuvor
behandelten Ausführungsbeispiele ähnelt. Finden
sich nach Durchgang eines solchen Anregungslasers durch die Probe 21 Anteile
in diesen spektralen Bereichen, so ist dies auf nichtlineare Prozesse
zurückzuführen, was
wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
zur Bildgebung genutzt werden kann.
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Die Trennung des durch nichtlineare
Prozesse entstandenen Detektionslichtes vom Anregungslicht kann
wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
durch räumliche
Filterung geschehen, wobei in diesem Zusammenhang natürlich auch
der Einsatz von Monochromatoren etc. eine räumliche Filterung darstellt.
Alternativ und besonders bevorzugt ist als zweiter spektralen Filter 25 ein
Etalon 63 ein verwendet, welches durch einen ersten Spiegel 65 und einen
zweiten Spiegel 67 gebildet ist und welches alle spektralen
Komponenten in einem bestimmten Wellenlängenabstand aus dem Detektionslichtstrahl 3 entfernt
(was auch in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bei geeignetem
ersten spektralen Filter möglich
ist). Im Fall des modengekoppelten Lasers muss der spektrale Abstand,
in dem das Etalon 63 Licht absorbiert, gerade dem spektralen
Abstand der einzelnen Lasermoden entsprechen, was im wesentlichen
bedeutet, dass die Länge
des Etalons 63 der effektiven Resonatorlänge des
modengekoppelten Lasers angepasst sein muss. Da die Etalonlänge für die derzeit üblichen
Kurzpulslaser relativ groß ist, wird
in der Regel das Etalon 63 als Resonator aus im wesentlichen
zwei teildurchlässigen
Spiegeln 65, 67 im Abstand der effektiven Resonatorlänge ausgeführt sein.
Im Innern des Resonators wird sich zweckmäßigerweise ein ansteuerbares
Element 69 befinden, mit dessen Hilfe sich die effektive
Resonatorlänge
regeln lässt,
um eine genaue Anpassung vorzunehmen und Drifts beispielsweise infolge
thermischer Längenausdehnung
ausregeln zu können.
Ein solches Element könnte
aus Materialien bestehen, dessen Brechungsindex sich extern ansteuern
lässt, z.
B. aus Flüssigkristallen
oder ferroelektrischen Kristallen. Auch könnte eine entsprechende Regelung der
Resonatorlänge
des Etalons über
einen beweglichen Endspiegel erfolgen. Natürlich kann auch anstelle der
Resonatorlänge
des Etalons auch die Länge
des Kurzpulslaser-Resonators geregelt werden.
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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.
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- 1
- Beleuchtungslichtstrahl
- 3
- Detektionslichtstrahl
- 5
- spektraler
Filter
- 7
- Pulslaser
- 9
- erstes
Gitter
- 11
- erste
Linse
- 13
- erste
Maske
- 15
- zweite
Linse
- 17
- zweites
Gitter
- 19
- Objektiv
- 21
- Probe
- 23
- Kondensor
- 25
- weiterer
spektraler Filter
- 27
- Detektor
- 29
- dritte
Linse
- 31
- vierte
Linse
- 33
- drittes
Gitter
- 35
- viertes
Gitter
- 37
- zweite
Maske
- 39
- Detektor
- 41
- Detektor
- 43
- Detektor
- 45
- Detektor
- 47
- erstes
Prisma
- 49
- zweites
Prisma
- 51
- drittes
Prisma
- 53
- viertes
Prisma
- 55
- Polarisator
- 57
- Polarisationsteiler
- 61
- weiteres
Objektiv
- 62
- Polarisationsdreher
- 63
- λ/2-Plättchen
- 65
- erster
Spiegel
- 67
- zweiter
Spiegel
- 69
- ansteuerbares
Element