LU93062B1

LU93062B1 - Apparatus and method for combining light rays

Info

Publication number: LU93062B1
Application number: LU93062A
Authority: LU
Inventors: Dr Gugel; Volker Leimbach
Original assignee: Leica Microsystems
Priority date: 2016-05-09
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2017-11-29
Also published as: DE112017002368A5; WO2017194542A1

Abstract

Im Hinblick auf eine sichere Vereinigung von Lichtstrahlen (1, 2) auch bei Licht- 5 strahlen (1,2) aus großen und überlappenden Wellenlängenbereichen mit konstruktiv einfachen Mitteln ist eine Vorrichtung zur Vereinigung von Lichtstrahlen (1, 2) bereitgestellt, wobei ein erster Lichtstrahl (1) mit Licht einer ersten Wellenlänge und ein zweiter Lichtstrahl (2) mit Licht einer zweiten Wellenlänge mittels eines optischen Bauteils zu einem vereinigten Lichtstrahl (3) zusammengeführt werden. Die 10 Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil ein doppelbre- chendes Polarisationsprisma (4) ist. Des Weiteren ist ein entsprechendes Verfahren zur Vereinigung von Lichtstrahlen (1, 2) angegeben.With a view to a safe combination of light beams (1, 2) even with light beams (1, 2) of large and overlapping wavelength ranges with structurally simple means, a device for combining light beams (1, 2) is provided, wherein a first Light beam (1) with light of a first wavelength and a second light beam (2) are combined with light of a second wavelength by means of an optical component to a combined light beam (3). The device is characterized in that the optical component is a birefringent polarization prism (4). Furthermore, a corresponding method for combining light beams (1, 2) is given.

Description

Beschreibungdescription

Titel: Vorrichtung und Verfahren zur Vereinigung von LichtstrahlenTitle: Apparatus and method for combining light rays

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vereinigung von Lichtstrahlen, wobei ein erster Lichtstrahl mit Licht einer ersten Wellenlänge und ein zweiter Lichtstrahl mit Licht einer zweiten Wellenlänge mittels eines optischen Bauteils zu einem vereinigten Lichtstrahl zusammengeführt werden.The invention relates to a device and a method for combining light beams, wherein a first light beam with light of a first wavelength and a second light beam with light of a second wavelength are combined by means of an optical component to form a combined light beam.

Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bekannt und existieren in unterschiedlichen Ausführungsformen. Die bekannten Vorrichtungen werden bei unterschiedlichen optischen Anordnungen wie beispielsweise Mikroskopanordn-ungen eingesetzt, bei denen Lichtstrahlen mit definierten Wellenlängen zu einer zu untersuchenden Probe geführt werden. Häufig handelt es sich hierbei um Lichtstrahlen von Laserquellen, beispielsweise um Infrarot-Laserstrahlung. Dabei kann Licht von verschiedenen Laserquellen zusammengeführt werden, wobei die Laserquellen häufig über einen großen Wellenlängenbereich, beispielsweise 680 nm bis 1.300 nm, durchgestimmt beziehungsweise definiert werden können. Hierbei kommen häufig so genannte Ultrakurzpuls-Laser zum Einsatz, die ggf. durchstimmbare und ggf. zumindest teilweise überlappende Wellenlängenbereiche aufweisen können.Devices of the type mentioned are known from practice and exist in different embodiments. The known devices are used in different optical arrangements, such as microscope arrangements, in which light beams with defined wavelengths are guided to a sample to be examined. Often these are light beams from laser sources, for example infrared laser radiation. In this case, light from different laser sources can be brought together, wherein the laser sources can often be tuned or defined over a large wavelength range, for example 680 nm to 1,300 nm. In this case, so-called ultrashort pulse lasers are often used, which may possibly have tunable and optionally at least partially overlapping wavelength ranges.

Bei den bekannten Vorrichtungen werden als optische Bauteile beispielsweise wel-lenlängenabhängige Strahlteiler oder Polarisationsteilerwürfel bzw. Polarisationsstrahlteiler eingesetzt. Dabei sind sowohl beim Strahlteiler als auch beim Polarisationsteilerwürfel bzw. Polarisationsstrahlteiler die verwendbaren Wellenlängenbereiche der Laser eingeschränkt. Mit einem wellenlängenabhängigen Strahlteiler können nur unterschiedliche Wellenlängen vereinigt werden, wobei die Wellenlängenbereiche einzelner Laser klar voneinander separiert sein müssen. Eine Überlappung von Wellenlängenbereichen der Laser kann mit einem Strahlteiler konstruktionsbedingt nur sehr eingeschränkt verarbeitet werden. Bei Polarisations-teilerwürfeln bzw. Polarisationsstrahlteilern hingegen sind keine jeweiligen großen Wellenlängenbereiche verarbeitbar. Beispielsweise sind solche Polarisationsteilerwürfel bzw. Polarisationstrahlteiler für große Wellenlängenbereiche von 680 nm bis 1.300 nm nicht mit gutem Polarisationsauslöschungsverhältnis und geringemIn the known devices, for example, wavelength-dependent beam splitters or polarization splitter cubes or polarization beam splitters are used as optical components. Both the beam splitter and the polarization splitter cube or polarization beam splitter, the usable wavelength ranges of the laser are limited. With a wavelength-dependent beam splitter only different wavelengths can be combined, the wavelength ranges of individual lasers must be clearly separated from each other. An overlap of wavelength ranges of the laser can be processed with a beam splitter by design only very limited. In the case of polarization splitter cubes or polarization beam splitters, on the other hand, no respective large wavelength ranges can be processed. For example, such polarization beam splitters or polarization beam splitters for large wavelength ranges of 680 nm to 1,300 nm are not good in polarization extinction ratio and low

Chirp baubar, wobei diesbezüglich bedeutsam ist, dass heutzutage häufig benötigte und eingesetzte Ultrakurzpulse des Lichts nach einem Durchgang durch ein optisches Bauteil keine zu große Pulsverbreiterung - Chirp - erleiden sollen. Es ist in diesem Sinne grundsätzlich wünschenswert, eine so genannte Chirp-Kompensation in nur möglichst geringem Umfang erforderlich zu machen.Chirp baubar, in which regard it is significant that nowadays often needed and used ultrashort pulses of light after a passage through an optical component should not suffer too large pulse broadening - chirp -. In this sense, it is basically desirable to make so-called chirp compensation to the least possible extent.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der zuvor genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine sichere Vereinigung von Lichtstrahlen auch bei Lichtstrahlen aus großen und überlappenden Wellenlängenbereichen mit konstruktiv einfachen Mitteln ermöglicht ist.The present invention is therefore based on the object, such a device and a method of the aforementioned type and further develop that a safe combination of light beams is also possible with light beams from large and overlapping wavelength ranges with structurally simple means.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelost. Danach wird als optisches Bauteil ein doppelbrechendes Polari-sationsprisma verwendet.According to the invention the above object is achieved by a device having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 10. Thereafter, a birefringent polarization prism is used as the optical component.

In erfindungsgemäßer Weise ist zunâchst erkannt worden, dass eine sichere Vereinigung oder Zusammenführung von Lichtstrahlen nicht nur mit üblichen Strahlteilern oder Polarisationsteilerwürfeln bzw. Polarisationsstrahlteiler realisierbar ist. In weiter erfindungsgemäßer Weise ist dann erkannt worden, dass zur überraschend einfachen Lösung der voranstehenden Aufgabe ein doppelbrechendes Polarisationsprisma als vereinigendes optisches Bauteil eingesetzt werden kann. Derartige doppelbrechende Polarisationsprismen werden bislang lediglich als Polarisationsfilter mit hohem Löschungsvermögen verwendet. Derartige Polarisationsprismen auch - in hinsichtlich der Strahlrichtung quasi umgekehrter Weise - zur Strahlvereinigung zu verwenden, bildet eine elegante Lösung der voranstehenden Aufgabe. Man kann mit einem doppelbrechenden Polarisationsprisma zwei Laserstrahlen an diesem Polarisationsprisma sicher vereinigen, wobei jeweils ein voller Wellenlängenbereich einer Lichtquelle ohne Einschränkung genutzt werden kann. Dabei können die Lichtstrahlen auch dieselbe Wellenlänge aufweisen.In accordance with the invention, it has first been recognized that a secure combination or combination of light beams can be realized not only with conventional beam splitters or polarization splitter cubes or polarization beam splitters. In a further inventive manner has then been recognized that a surprisingly simple solution to the above problem, a birefringent polarization prism can be used as unifying optical component. Such birefringent polarizing prisms have heretofore been used only as high erasability polarizing filters. Such polarization prisms also - in terms of the beam direction quasi-reverse manner - to use beam combination, forms an elegant solution to the above problem. It is possible with a birefringent polarization prism safely combine two laser beams on this polarization prism, each one full wavelength range of a light source can be used without restriction. The light beams may also have the same wavelength.

Folglich sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben, wonach eine sichereConsequently, with the device according to the invention and the method according to the invention, an apparatus and a method are specified, according to which a safe

Vereinigung von Lichtstrahlen auch bei Lichtstrahlen aus großen und überlappenden Wellenlängenbereichen mit konstruktiv einfachen Mitteln ermöglicht ist. Dabei können beispielsweise Lichtstrahlen breitbandiger Laserquellen mit überlappenden Wellenlängenbereichen hochflexibel eingesetzt werden. Neben einer hohen Vielfalt der Anwendungen ist auch gleichzeitig eine Redundanz der Lichtquellen gegeben, wobei bei einem Ausfall einer Lichtquelle die zweite Lichtquelle einen Lichtstrahl gewünschter Wellenlänge bereitstellen kann. Es können also nicht nur gleichzeitig Lichtstrahlen unterschiedlicher oder gleicher Wellenlänge bereitgestellt werden, sondern auch abwechselnd oder individuel! Lichtstrahlen aus einer der bereitgestellten Lichtquellen.Combining light rays is also possible with light rays from large and overlapping wavelength ranges with structurally simple means. In this case, for example, light beams of broadband laser sources with overlapping wavelength ranges can be used in a highly flexible manner. In addition to a high variety of applications, a redundancy of the light sources is given at the same time, wherein in case of failure of a light source, the second light source can provide a light beam of the desired wavelength. Thus, not only can light beams of different or the same wavelength be provided simultaneously, but also alternately or individually! Light rays from one of the provided light sources.

Bei herkömmlichen doppelbrechenden Polarisationsprismen sind die Ein-, Austritts-und Innenflächen eben poliert und die Ein- und Austrittsfläche senkrecht zum vorgegebenen Strahlengang orientiert. Dabei ist eine seitliche Austrittsfläche für einen „Abfallstrahl“ zwar poliert, aber nicht eben ausgebildet und auch nicht senkrecht zum austretenden Strahl orientiert, da ja nur der „Abfallstrahl“ durch die seitliche Austrittsfläche austritt. Für eine besonders sichere Strahlvereinigung ist es hingegen von Bedeutung, dass - bei dem erfindungsgemäßen quasi umgekehrten Betrieb des Polarisationsprismas - beide eintretenden Lichtstrahlen zur Vermeidung von Disper-sionseffekten senkrecht zu den Eintrittsflächen in das Polarisationsprisma eintreten. Folglich können zwei für die beiden Lichtstrahlen jeweils bereitgestellte Eintrittsflä-chen des Polarisationsprismas derart relativ zueinander orientiert sein, dass die Lichtstrahlen vor ihrer Vereinigung jeweils senkrecht zu den Eintrittsflächen in das Polarisationsprisma eintreten und anschließend im vereinigten Zustand senkrecht zu einer Austrittsfläche des Polarisationsprismas aus diesem austreten. Hierdurch werden Dispersionseffekte wirksam vermieden oder zumindest weitgehend unter-drückt. lm Gegensatz zu einem herkömmlichen doppelbrechenden Polarisationsprisma, bei dem der „Abfallstrahl“ nicht senkrecht zu seiner Austrittsfläche aus dem Polarisationsprisma austritt, kann hierfür die entsprechende Eintrittsfläche für einen der beiden Lichtstrahlen - von der üblichen regelmäßigen Würfelform abweichend -geneigt bereitgestellt und/oder poliert werden, so dass beide Lichtstrahlen senkrecht zu ihren Eintrittsflächen in das Polarisationsprisma eintreten können und die anschlie-ßende Vereinigung oder Zusammenführung der Lichtstrahlen sicher gewöhrleistet ist.In conventional birefringent polarization prisms, the input, output and inner surfaces are polished and the input and output surface oriented perpendicular to the given beam path. In this case, a lateral exit surface for a "waste stream" is indeed polished, but not flat and not oriented perpendicular to the outgoing beam, since only the "waste stream" exits through the lateral exit surface. For a particularly reliable beam combination, on the other hand, it is important that - in the quasi-inverse operation of the polarization prism according to the invention - both incoming light beams enter the polarization prism perpendicular to the entry surfaces to avoid dispersion effects. Consequently, two entrance surfaces of the polarization prism respectively provided for the two light beams may be oriented relative to one another such that the light beams enter the polarization prism perpendicular to the entry surfaces prior to their combination and then emerge therefrom in the unified state perpendicular to an exit surface of the polarization prism. As a result, dispersion effects are effectively avoided or at least largely suppressed. In contrast to a conventional birefringent polarization prism in which the "waste beam" does not emerge perpendicular to its exit surface from the polarization prism, the corresponding entrance surface for one of the two light beams can be provided and / or polished - deviating from the usual regular cube shape. so that both light beams can enter the polarization prism perpendicular to their entry surfaces and the subsequent combination or merging of the light beams is assured.

Bei einem Ausführungsbeispiel können die beiden Eintrittsflächen für die Lichtstrahlen in einem Winkel (beispielsweise 78 Grad) zueinander geneigt sein, der dem doppetten eines Winkels entspricht, der zwischen den beiden Grenzwinkeln der Totalreflexion der verschiedenen Polarisationsrichtungen liegt. In vorteiihafter Weise liegt der Winkel zwischen den beiden Grenzwinkeln der Totalreflexion, die sich aus den beiden Brechzahlen des doppelbrechenden Materials bei der mittleren verwendeten Wellenlänge ergeben, und in besonders vorteiihafter Weise mittig zwischen diesen beiden Grenzwinkeln der Totalreflexion, und in ganz besonders vorteiihafter Weise liegt der halbe Winkel zwischen den beiden Eintrittsflächen mittig zwischen dem größten und dem kleinsten Grenzwinkel der Totalreflexion des verwendeten doppelbrechenden Materials, die sich jeweils bei Variation von Polarisation und verwendeten Wellenlängen finden. Sämtliche vorangehend genannten Winkel be-ziehen sich auf die jeweiligen Flächennormalen.In one embodiment, the two entrance surfaces for the light beams may be inclined at an angle (e.g., 78 degrees) to each other, which corresponds to the duplex of an angle that is between the two critical angles of total reflection of the different polarization directions. Advantageously, the angle between the two critical angles of total reflection, which result from the two refractive indices of the birefringent material at the mean wavelength used, and in a particularly advantageous manner, midway between these two critical angles of total reflection, and in an especially advantageous manner is the half angles between the two entry surfaces centered between the maximum and minimum critical angle of total reflection of the birefringent material used, which are found in each case with variation of polarization and wavelengths used. All the above-mentioned angles relate to the respective surface normals.

Bei einem weiteren konkreten Ausführungsbeispiel kann das Polarisationsprisma zwei durch einen Spalt oder Luftspalt voneinander separierte Prismenteile aufweisen. Dabei erfährt der eine der beiden in das Polarisationsprisma eintretenden Lichtstrahlen beim Durchgang durch den Spalt keine wesentliche Richtungsablen-kung, wohingegen der andere der beiden Lichtstrahlen an einer Grenzfläche des Spalts im Wesentlichen total reflektiert wird, wobei dieser andere Lichtstrahl in die Strahlrichtung des ersten Lichtstrahls reflektiert wird, um die Vereinigung der beiden Lichtstrahlen zu gewöhrleisten. Der Spalt oder Luftspalt zwischen den Prismenteilen liefert Grenzflächen zu einem optisch dünneren Medium.In a further concrete exemplary embodiment, the polarization prism can have two prism parts which are separated from one another by a gap or air gap. In this case, the one of the two light beams entering the polarization prism undergoes no significant directional deflection as it passes through the gap, whereas the other of the two light beams is substantially totally reflected at an interface of the gap, this other light beam reflecting in the beam direction of the first light beam is to ensure the union of the two light beams. The gap or air gap between the prism parts provides interfaces to a optically thinner medium.

Ganz konkret kann es sich bei dem Polarisationsprisma um ein Glan-Prisma, ein Glan-Taylor-Prisma oder um ein Glan-Foucault-Prisma handeln. Das Polarisationsprisma ist ein Polarisationsprisma für hohe Leistung.More concretely, the polarization prism may be a Glan prism, a Glan-Taylor prism, or a Glan Foucault prism. The polarization prism is a polarization prism for high performance.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung oder des Verfahrens kann im Strahlengang nach dem Polarisationsprisma eine Blende zum Ausblenden von Ne-benstrahlen angeordnet sein. Bei der Strahlvereinigung mittels des Polarisations-prismas treten üblicherweise unerwünschte Nebenstrahlen auf, die mittels einer nach dem Polarisationsprisma angeordneten Blende - z.B. Spalt- oder Lochblende - auf einfache Weise ausgeblendet werden können. Folglich kann ein vereinigter Lichtstrahl auf besonders sichere Weise bereitgestellt werden. lm Hinblick auf eine besonders sichere Strahlvereinigung kann im Strahlengang mindestens eines Lichtstrahls vor dem Polarisationsprisma eine λ/2-Verzögerungs-platte zur Einstellung der Polarisationsrichtung angeordnet sein. Dies ermöglicht eine sichere Abstimmung der Polarisationsrichtungen der zu vereinigenden Lichtstrahlen zur besonders sicheren Bereitstellung des vereinigten Lichtstrahls. Die λ/2-Verzögerungsplatte kann hierbei achromatisch oder apochromatisch oder superach-romatisch (beispielsweise aus Quarz und MgF2) ausgeführt sein.In an advantageous embodiment of the device or the method can be arranged in the beam path after the polarization prism a diaphragm for suppressing Ne-benstrahlen. In the beam combination by means of the polarization prism usually occur undesirable secondary beams, which by means of a arranged after the polarizing prism aperture -. Gap or pinhole - can be easily hidden. Consequently, a unified light beam can be provided in a particularly secure manner. With a view to a particularly reliable combination of beams, a λ / 2-retardation plate for adjusting the polarization direction can be arranged in the beam path of at least one light beam in front of the polarization prism. This allows a secure tuning of the polarization directions of the light beams to be combined for the particularly reliable provision of the combined light beam. The λ / 2 retardation plate may be achromatic or apochromatic or super-achromatic (for example quartz and MgF 2).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Polarisationsprisma aus Kalkspat (Calcit, Ca[C03]) ausgebildet sein. Es sind jedoch auch andere Materialien für das Polarisationsprisma denkbar.In a preferred embodiment, the polarization prism may be formed of calcite (calcite, Ca [C03]). However, other materials for the polarization prism are conceivable.

Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform können die Lichtstrahlen jeweils von einem Laser erzeugt sein. Derartige Laser können Lichtstrahlen über einen großen Wellenlängenbereich bereitstellen.In a further specific embodiment, the light beams may each be generated by a laser. Such lasers can provide light beams over a wide wavelength range.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können zwei Laserstrahlen mit zueinander gekreuzter Polarisation mittels des Polarisationsprismas vereinigt werden, wobei jeweils die kompletten möglichen - auch überlappenden - Wellenlängenbereiche der Laser ohne Einschränkung genutzt werden können.With the device according to the invention two laser beams can be combined with mutually crossed polarization by means of the polarization prism, in each case the complete possible - even overlapping - wavelength ranges of the laser can be used without restriction.

Aufgrund des möglichen kompakten Aufbaus eines doppelbrechenden Polarisationsprismas kann eine Chirp-Kompensation sehr gering gehalten werden oder gegebenenfalls auch ganz eingespart werden. Ein für einen Lichtstrahl bereitgestellter Eintrittsflächenbereich muss üblicherweise lediglich einen Durchmesser von 1-2 mm aufweisen. Insoweit ist es ausreichend, wenn lediglich ein derart kleiner Flächenbe-reich in geeigneter Weise poliert wird. Dies ist insoweit vorteilhaft, als es schwierig ist, eine Fläche eines Polarisationsprismas zu polieren, das beispielsweise aus Kalkspat hergestellt ist. Hierbei handelt es sich um ein weiches und sprödes und daher schwierig zu polierendes Material, insbesondere entlang des erforderlichen Winkels zur Kristallrichtung.Due to the possible compact design of a birefringent polarization prism, a chirp compensation can be kept very low or possibly even completely saved. A provided for a light beam entrance surface area usually has to have only a diameter of 1-2 mm. In that regard, it is sufficient if only such a small Flächenbe-rich is polished in a suitable manner. This is advantageous in that it is difficult to polish an area of a polarizing prism made of, for example, calcite. This is a soft and brittle and therefore difficult to polish material, in particular along the required angle to the crystal direction.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere für die so genannte „nichtlineare Mikroskopie“ von besonderem Vorteil. Dies ist insbesondere durch die geringenThe device according to the invention is of particular advantage in particular for the so-called "non-linear microscopy". This is especially due to the low

Laufwege für das Licht und das geringe Chirp-Kompensationserfordernis bei einem kompakten Polarisationsprisma wie beispielsweise einem Glan-Prisma bedingt. Bei der nichtlinearen Mikroskopie werden zur Bildgebung nichtlineare optische Effekte genutzt. Beispiel für nichtlineare mikroskopische Verfahren sind: • Multiphotonen-Mikroskopie, insbesondere die 2-Photonen-Mikroskopie und die 3-Photonen-Mikroskopie • Erzeugung von höheren Harmonischen, insbesondere Second Harmonie Generation (SHG) und Third Harmonie Generation (THG) • CARS (Coherent Anti Stokes Raman Scattering) • Coherent Raman Scattering • VierwellenmischungPaths for the light and the low chirp compensation requirement in a compact polarization prism such as a Glan prism conditionally. Non-linear microscopy uses non-linear optical effects for imaging. Examples of non-linear microscopic methods are: • Multiphoton microscopy, in particular 2-photon microscopy and 3-photon microscopy • Generation of higher harmonics, especially Second Harmony Generation (SHG) and Third Harmony Generation (THG) • CARS (Coherent Anti Stokes Raman Scattering) • Coherent Raman Scattering • Four Wave Mixing

• STED• STED

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erlâuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erlöutert. In der Zeichnung zeigenThere are now various possibilities for designing and developing the teaching of the present invention in an advantageous manner. For this purpose, on the one hand to refer to the subordinate claims and on the other hand to the following explanation of a preferred embodiment of the invention with reference to the drawing. In connection with the explanation of the preferred embodiment of the invention with reference to the drawing, generally preferred embodiments and further developments of the teaching are explained. In the drawing show

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiei eines erfindungsgemäßen optischen Bauteils in Form eines doppelbrechenden Polarisationsprismas undFig. 1 is a schematic representation of an embodiment of an inventive optical component in the form of a birefringent polarization prism and

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiei einer optischen Anordnung mit einem erfindungsgemößen Polarisationsprisma gemäß Fig. 1.2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an optical arrangement having a polarization prism according to the invention according to FIG. 1.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiei eines erfin-dungsgemäßen optischen Bauteils in Form eines doppelbrechenden Polarisationsprismas 4 zur Vereinigung von Lichtstrahlen 1 und 2. Dabei werden ein erster Lichtstrahl 1 mit Licht einer ersten Wellenlange und ein zweiter Lichtstrahl 2 mit Licht einer zweiten Wellenlänge mittels des Polarisationsprismas 4 zu einem vereinigten Lichtstrahl 3 zusammengeführt.1 shows a schematic representation of an embodiment of an inventive optical component in the form of a birefringent polarization prism 4 for combining light beams 1 and 2. In this case, a first light beam 1 with light of a first wavelength and a second light beam 2 with light of a second Wavelength by means of the polarization prism 4 merged into a combined light beam 3.

Der Lichtstrahl 1 tritt hierbei durch eine Eintrittsfläche 5 in das Polarisationsprisma 4 ein. Dabei trifft der Lichtstrahl 1 senkrecht auf die Eintrittsfläche 5. Der Lichtstrahl 2 tritt durch die Eintrittsfläche 6 - ebenfalls in senkrechter Richtung - in das Polarisationsprisma 4 ein. Dabei ist die Eintrittsfläche 6 in Abweichung zu bekannten doppelbrechenden Polarisationsprismen derart zur Eintrittsfläche 5 geneigt, dass auch der zweite Lichtstrahl 2 in senkrechter Richtung auf seine Eintrittsfläche 6 auftrifft und in das Polarisationsprisma 4 eintritt. Die bekannte Form eines Polarisationsprismas ohne geneigte Seitenfläche ist gestrichelt dargestellt. Durch die in geeigneter Weise gewählte Neigung der Eintrittsflächen 5 und 6 relativ zueinander ist eine sichere Vereinigung oder Zusammenführung der ersten und zweiten Lichtstrahlen 1 und 2 in den vereinigten Lichtstrahl 3 ermöglicht, der durch die Austrittsfläche 7 ebenfalls in senkrechter Richtung aus dem Polarisationsprisma 4 austritt.In this case, the light beam 1 enters the polarization prism 4 through an entrance surface 5. In this case, the light beam 1 is perpendicular to the entrance surface 5. The light beam 2 enters through the entrance surface 6 - also in the vertical direction - in the polarization prism 4 a. In contrast to known birefringent polarization prisms, the entrance surface 6 is inclined to the entry surface 5 in such a way that the second light beam 2 also impinges on its entry surface 6 in a perpendicular direction and enters the polarization prism 4. The known form of a polarization prism without inclined side surface is shown in dashed lines. By appropriately selected inclination of the entrance surfaces 5 and 6 relative to each other, a secure combination or merging of the first and second light beams 1 and 2 in the combined light beam 3 is made possible, which also exits through the exit surface 7 in the vertical direction from the polarization prism 4.

Das Polarisationsprisma 4 weist einen Luftspalt 8 auf, der die beiden, das Polarisationsprisma 4 bildenden Prismenteile 9 und 10 voneinander separiert.The polarization prism 4 has an air gap 8 which separates the two prism parts 9 and 10 forming the polarization prism 4 from one another.

Das Polarisationsprisma 4 kann beispielsweise aus Kalkspat ausgebildet sein und als so genanntes Glan-Prisma realisiert sein.The polarization prism 4 may be formed, for example, from calcite and be realized as a so-called Glan prism.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung den Einsatz des Polarisationsprismas 4 in einer optischen Anordnung, bei der Licht aus zwei Laserquellen vereinigt und einem Mikroskopaufbau zugeführt werden kann.Fig. 2 shows a schematic representation of the use of the polarization prism 4 in an optical arrangement in which light from two laser sources can be combined and fed to a microscope assembly.

Der Lichtstrahl 1 ist durch einen Modulator 13 zur Modulation der Lichtintensität und einen Shutter 14 zu dem Polarisationsprisma 4 geführt.The light beam 1 is guided by a modulator 13 for modulating the light intensity and a shutter 14 to the polarization prism 4.

Der zweite Lichtstrahl 2 ist durch einen Modulator 17 zur Modulation der Lichtinten-sität und einen Shutter 18 zu einem Spiegel 20 geführt, von dem der Lichtstrahl 2 zur λ/2-Verzögerungsplatte 12 reflektiert und über einen Justage-Spiegel 21 zum Polarisationsprisma 4 geführt wird.The second light beam 2 is guided through a modulator 17 for modulating the light intensity and a shutter 18 to a mirror 20 from which the light beam 2 is reflected to the λ / 2 retardation plate 12 and guided via an adjustment mirror 21 to the polarization prism 4 ,

Der durch das Polarisationsprisma 4 vereinigte Lichtstrahl 3 gelangt zur Blende 11, um unerwünschte Nebenstrahlen auszublenden. Von dort wird der vereinigte Lichtstrahl 3 zur Anwendung in Form beispielsweise eines Mikroskops geführt.The combined by the polarization prism 4 light beam 3 reaches the diaphragm 11 to hide unwanted secondary beams. From there, the combined light beam 3 is guided for use in the form of, for example, a microscope.

Die die Lichtstrahlen 1 und 2 erzeugenden Laserquellen können beispielsweise Licht in einem Wellenlängenbereich von 690 bis 1.040 nm und 680 bis 1.300 nm liefern. Diese großen Wellenlängenbereiche lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einfache und sichere Weise zusammenführen. Dabei kann die Wellenlänge aus beiden durch Lichtquellen bereitgestellten Wellenlängenbereichen beliebig ausgewählt und kombiniert werden.For example, the laser sources producing the light beams 1 and 2 may provide light in a wavelength range of 690 to 1040 nm and 680 to 1300 nm. These large wavelength ranges can be merged with the device according to the invention in a simple and secure manner. In this case, the wavelength of both wavelength ranges provided by light sources can be arbitrarily selected and combined.

Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wieder-holungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.With regard to further advantageous embodiments of the device according to the invention and of the method according to the invention, reference is made to avoid repetition to the general part of the description and to the appended claims.

Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörte-rung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.Finally, it should be expressly understood that the above-described embodiment of the device according to the invention only serves to Erör- tion of the claimed teaching, but this does not limit to the embodiment.

Bezugszeichenliste 1 erster Lichtstrahl 2 zweiter Lichtstrahl 3 vereinigter Lichtstrahl 4 Polarisationsprisma 5 Eintrittsfläche 6 Eintrittsfläche 7 Austrittsfläche 8 Luftspalt 9 Prismenteil 10 Prismenteil 11 Blende 12 λ/2-Verzögerungsplatte 13 Modulator 14 Shutter 17 Modulator 18 Shutter 20 Spiegel 21 Justage-SpiegelLIST OF REFERENCES 1 first light beam 2 second light beam 3 combined light beam 4 polarization prism 5 entrance surface 6 entry surface 7 exit surface 8 air gap 9 prism portion 10 prism portion 11 aperture 12 λ / 2 retardation plate 13 modulator 14 shutter 17 modulator 18 shutter 20 mirror 21 adjustment mirror

Claims

1. A device for combining light beams (1, 2), wherein a first light beam (1) with light of a first wavelength and a second light beam (2) with light of a second wavelength by means of an optical component to a combined light beam (3) be merged, characterized in that the optical component is a birefringent polarization prism (4).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that two for the two light beams (1, 2) respectively provided entrance surfaces (5, 6) of the Polarisati onsprismas (4) are oriented relative to each other such that the light beams (1, 2) prior to their combination, each perpendicular to the entry surfaces (5, 6) in the polarization prism (4) and in the united state perpendicular to a Austrittsflä-che (7) of the polarization prism (4) emerge from this.

3. A device according to claim 2, characterized in that the two entry-surfaces (5, 6) are inclined at an angle of, for example, about 78 degrees to each other, which corresponds to the doublet of an angle between the two critical angles of total reflection of different polarization directions is.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the polarization prism (4) has two by a gap or air gap (8) separated prism parts (9, 10).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the polarization prism (4) is a Glan prism, a Glan-Taylor prism or a Glan-Foucault prism.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the beam path after the polarization prism (4), a diaphragm (11) is arranged to hide secondary beams.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the beam path of at least one light beam (1,2) in front of the polarization prism (4) a λ / 2-retardation plate (12) is arranged for adjusting the polarization direction.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the polarization prism (4) is formed of calcite.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the light beams (1, 2) are each generated by a laser.

10. A method for combining light beams (1, 2), in particular with a device according to one of claims 1 to 9, wherein a first light beam (1) with light of a first wavelength and a second light beam (2) with light of a second wavelength means of an optical component are combined to form a combined light beam (3), characterized in that a birefringent polarization prism (4) is used as the optical component.