SU882322A1 - Лазерный доплеровский микроскоп - Google Patents

Abstract

ЛАЗЕРНЬЙ ДОППЛЕРОВСКИЙ МИКРОСКОП , содержащий канал визуального наблюдени  и измерительный канал , в котором последовательно размещены источник когерентного светового излучени , оптический формирователь зондирующего светового пол , микрообъектив, фильтр угловых спектральных компонент оптического сигнала , оптический рекомбинационный элемент с взаимной фазовой инверсией каналов и двухканальное фотоприемное устройство, последовательно к которому подключены дифференциальный усилитель и электронный измеритель допплеровского сдвига частоты, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений скорости движени  за счет устранени  вли ни  депол ризующих факторов микрообъектов , оптический рекомбинационный элемент с взаимной фазовой инверсией каналов выполнен в виде двух усеченных призм из материалов с разными показател ми преломлени , основани  которых совмещены и ориентированы параллельно оптической оси, причем отражательные грани наклонены в рабочей плоскости к основанию под i углом, удовлетвор ющим услови м: -J- x135°, (Л П.,COS 2 , У М с Sin2 b где cf и Ъ - рассто ни  между ос ми входных пучков и общим 00 00 основанием; HT и Hj- показатели преломлени  го оо ю у и К - углы наклона отражательных граней к основанию, при этом выходна  грань составл ет 1чЭ с основанием угол, равный 2-у-- и ос Я 2j-2 соответственно.

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники и может быть использовано в экспериментальной физике и биологии дл  исследовани  двршени  микрообъектов.

Известно устройство дл  определени  скорости тока крови в сосудах допплеровским .способом, содержащее лазерный двухлучевой интерферометр, в Котором в качестве референтного пучка используетс  свет, рассе нный стенками стекл нного капилл ра 1 .

Исследуема  среда (например, кровь) двигаетс  внутри капилл ра. Допплеровский сдвиг частоты определ етс  с помощью. анализатЪра спектра

Недостатком этого устройства  в п етс  мала  точность измерений изза присутстви  в выходном сигнале низкочастотного пьедестала, понижающего отношение сигнал - шум.

Известно устройство дл  измерени  скорости движени  микрообъектов лазерный микроскоп, содержащий канал визуального наблюдени  и измерительный канал, в котором последовательно размещены источник когерентного светового излучени , оптический формирователь зондирующего светового пол , микрообъектив, фильтр угловых спектральных компонент оптического сигнала, оптический рекомбинационный элемент-с взаимной фазовой инверсией каналов и двухканальное фотоприемное устройство, последовательно к которому подключены дифференциальный усилитель и электронный измеритель допплеровского сдвига частоты 2 J.

В предметной плоскости лазерного допплеровского микроскопа, выполненного по такой схеме, формируютс  два зондирующих ортогонально-пол ризованных интерференционных пол , полосы в которых наход тс  в противофазе . Изображени  этих интерференционных полей в свете, рассе нном движущимс  микрообьектом, раздел ютс  по пол ризации и формируютс  на соответствующих фотоприемниках. Вследствие депол ризации рассе нного излучени  сигнал каж,цого из каналов на выходе фотоприемного устройства содержит нар ду с синфазным низкочастотным пьедесталом и противофазной интерференционной, компонентой синфазн то интерференционную компоненту . На выходе дифференциального усилител  синфазные низкочастотный пьедестал и интерференционна  компонента подавл ютс . С усилением депол ризации происходит перекачка энергии из полезной противофазной компоненты в паразитную компоненту допплеровского сигнала, что ведет к уменьшению отношени  сигнал - шум следовательно, к понижению точности измерений. Так как результирующий Допплеровский сдвиг частоты определ етс  произведением пространственной частоты зондирующего интерференционного пол  на скорость движени  микрообъекта , результат измерени  зависит от геометрии освещающего лазерного пучка.

Цель изобретени  - повьш1ение точности измерений .скорости движени  за счет устранени  вли ни  депол ризирующих факторов микрообъектов.

Цель достигаетс  тем, что в извесном лазерном микроскопе, содержащем канал визуального наблюдени  и измертельный канал, в котором последовательно размещен источник когерентного светового излучени , оптический формирователь зондирующего светового пол , микрообъектив, фильтр угловых спектральных компонент оптического си--;.ала, оптический рекомбинационный элемент с взаимной фазовой инверсией каналов и двухканальное фотопр.иемное устройство, последовательно к которому подключены дифференциальный усилитель и электронный измеритель допплеровского сдвига частоты, оптический рекомбинационный элемент с взаимной фазовой инверсией каналов выполнен в виде двух усеченных призм из материалов с разными показател ми преломлени , основани  которых совмещены и ориентированы параллельно оптической оси, причем отражательные грани призм, наклонены в рабочей плоскости к основанию под углом, удовлетвор ющим услови м: , Т 35° ,

,

Lil. «L

sin2f Ь .

где а и Ь- рассто ни  между-ос ми входных пучков и общим основанием;

п.., и показатели преломлени ; -у и - углы наклона отражательных граней к основанию,

при этом входна  грань каждой из призм ортогональна оптической оси. а выходна  грань составл ет с основанием угол, равный 2 у- - и -у соответственно, На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг. 2 - оптический рекомбинационный элемент с взаимной фазовой инверсией каналов. Микроскоп содержит канал визуаль ного наблюдени  и измерительный канал . Канал визуального наблюдени  состоит из микрообъектива 1, светоделительной призмы 2 и окул ра 3. Измерительнай канал содержит последовательно расположенные источник когерентного света (лазер) 4, оптический формирователь зондирующего светового пол , состо щий из поворотного зеркала 5 и объектива 6, микрообъектив 1, светоделительную призму 2, согласующий объектив 7, фильтр 8 угловых спектральных компонент оптического сигнала и двухканальный оптический рекомбинадионный элемент 9. Фильтр 8 установлен в плоскости Фурье, сопр женной с предметной плоскостью. На выходе рекомбинационного элемента 9 расположено двухканальное фотоприемное устройство, состо щее из фотоприемников 10 и 11, помещенных в плоскос т х, оптически сопр женных с предме ной плоскостью. К выходам фотоприем ников подключены дифференциальный усилитель 12 и электронный измеритель 13 допплеровского сдвига часто ты. Оптический рекомбинадионный элемент состоит из двух отражательны усеченных призм,- выполненных из материалов с отличающимис  показател  ми преломлени  п и Основани  призм совмещены и ориентированы параллельно оптической оси. Задние от ражательные грани призм наклонены в рабочей плоскости к общему основ нию под углом, удовлетвор ют услови  м: Т4- Я - -IC1C ° ( 7/ 135 I п COS 2- 2 . а Ъ где а и b - рассто ни  между ос ми входных пучков и общим основанием призм. Входна  грань каждой из при ортогональна оптической оси, а выходна  грань составл ет с основанием угол, равный разности удвоенного угла наклона отражательной грани к основанию и пр мого угла. Устройство работает следующим образом. Луч лазера 4 зеркалом 5 и объективом 6 направл етс  в предметную плоскость микроскопа, где движетс  исследуемый микрообъект. Фильтр 8 выдел ет две симметричные узкополосные угловые спектральные компоненты оптического сигнала от движущегос  микрообъекта , поле которых можно описать вьфажением -j(uJo-fu)d )t е А р 1 ) -j(,i где А2 амплитуды пол ; U)Q - частота излучени  лазера; ijjd iKjJi y- допплеров-ские сдвиги частоты. (ч-Ч Wcf V k .. c), VK где V - вектор скорости микрообъекта- , -fcволновой вектор освещающего микрообъект лазерного пучка; Kg К волновые вектора выделенных и--Jo ф1-лътром угловых спектральных компонент. Вьщеленные фильтром световые пучки направл ютс  в рекомбинадионный элемент 9 (фиг. 2). Геометри  и ориентади  рекомбинадионього элемента таковы , что точки на общем основании, в которых входные пучки преломл ютс ,  вл ютс  совмещенными. Рассмотрим геометрию рекомбинадионного элемента (фиг. 2). Из треугольников О/М N и получим дл  углов падени  следующие соотношени : , 2-Ч-т Услови  совмещени  точек преломлени  первого и второго пучков следуют из рассмотрени  треугольников откуда следует соотношекие (3), . 5 Найдем условие пространственног совмещени  отраженных и преломленны в точке О пучков. Дл  этого углы 9 и 02 должны удовлетвор ть закону Преломлени  n2Sin е 9 . (7) После подстановки (6) и (7) пол чаем соотношение (2) П2С052 . Выходные грани ориентированы нор мально к выходным пучкам и наклонены к совмещенному основанию призм под углом 2 -j- у и - соответственно . Пусть вектор пол  в I пучке направлен под углом 0, к плоскости падени , а вектор во II пучке - под углом . Тогда составл ющие векторов пол , параллельные и перпендику л рные к плоскости падени , будут иметь вид: ,cosot, . e; e 5inoC . дл  первого пучка и -W . V... дл  второго. Результирующий сигнал на выходе дифференциального усилител  имеет вид: 2 . i-.VV/b{(-.;)A cos2ot -A cos2cfJ. l) : (5(1к 5 od cosot +t г Sinot sinotj )cosu)oli|, где f - коэффициент пропускани ; С - коэффициент отражени  дл  волны соответствующей пол ризации . При Д Aj, d d ot получаетс  полна  компенсаци  низкочастотного пьедестала: , й 4(5Л(1Г||Г||С05 ; + jcosujc -t . W Поскольку tuci wc/ - ujcfj , TO учитыва  (2), лолучаем: . d.v(.) Из (12) видно, что результирующй) разностньй допштеровский сдвиг частоты не зависит от геометрии падающего пучка. Следовательно, исследуемый движущийс  микрообъект может освещатьс  лазерным пучком произвольной геометрии и под любым углом. Таким образом, предложенное устройство удовлетвор ет поставленной цели, а реализаци  его отличаетс  простотой и не требует дорогосто щей пол ризационной оптики.

Фие. /

Claims (2)

1. ЛАЗЕРНЫЙ ДОППЛЕРОВСКИЙ МИКРОСКОП, содержащий канал визуального наблюдения и измерительный канал, в котором последовательно размещены источник когерентного светового излучения, оптический формирователь зондирующего светового поля, микрообъектив, фильтр угловых спектральных компонент оптического сигнала, оптический рекомбинационный элемент с взаимной фазовой инверсией каналов и двухканальное фотоприемное устройство, последовательно к которому подключены дифференциальный усилитель и электронный измеритель доп плеровского сдвига частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений скорости движения за счет устранения влияния деполяризующих факторов микрообъектов, оптический рекомбинационный элемент с взаимной фазовой инверсией каналов выполнен в виде двух усеченных призм из материалов с разными показателями преломления, осно вания которых совмещены и ориентиро ваны параллельно оптической оси, причем отражательные грани наклонены в рабочей плоскости к основанию под углом, удовлетворяющим условиям:

   cos 2 γ - n₂ С05 2 ,

   Sin2y _ы

   Sin
2. 2^ Ь где сг и Ъ - расстояния между осями входных пучков и общим основанием;

   и п₂- показатели преломления? γ и - углы наклона отражательных граней к основанию, соответственно при этом выходная'грань составляет с основанием угол, равный 2-у- — и 2|- f