WO2017194542A1 - Vorrichtung und verfahren zur vereinigung von lichtstrahlen - Google Patents

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WO2017194542A1
WO2017194542A1 PCT/EP2017/061064 EP2017061064W WO2017194542A1 WO 2017194542 A1 WO2017194542 A1 WO 2017194542A1 EP 2017061064 W EP2017061064 W EP 2017061064W WO 2017194542 A1 WO2017194542 A1 WO 2017194542A1
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prism
polarization
light beam
light beams
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Inventor
Hilmar Gugel
Volker Leimbach
Original Assignee
Leica Microsystems Cms Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining

Definitions

  • 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.
  • 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.
  • these are light beams from laser sources, for example infrared laser radiation.
  • laser sources for example infrared laser radiation.
  • 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.
  • so-called ultrashort pulse lasers are often used, which may possibly have tunable and possibly at least partially overlapping wavelength ranges.
  • wavelength-dependent beam splitters or polarization divider 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.
  • 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, 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.
  • 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.
  • 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.
  • a safe combination or combination of light beams can not be realized only with conventional beam splitters or polarization splitter cubes or polarization beam splitters.
  • 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.
  • an apparatus and a method are specified, according to which a safe Combining light rays is also possible with light rays from large and overlapping wavelength ranges with structurally simple means.
  • light beams of broadband laser sources with overlapping wavelength ranges can be used in a highly flexible manner.
  • 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.
  • the second light source can provide a light beam of the desired wavelength.
  • two entry 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.
  • dispersion effects are effectively avoided or at least largely suppressed.
  • the corresponding entrance surface for one of the two light beams deviating from the usual regular cube shape, can be provided and / or polished in an inclined manner.
  • the two entrance surfaces for the light beams may be inclined at an angle (e.g., 78 degrees) to each other, which is twice that of an angle between the two limit angles of total reflection of the different polarization directions.
  • 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 in the middle between these two critical angles of total reflection, and in a particularly 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 of the aforementioned angles relate to the respective surface normals.
  • the polarization prism can have two prism parts which are separated from one another by a gap or air gap.
  • 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.
  • the device or the method can be arranged to hide secondary beams in the beam path after the polarization prism a diaphragm.
  • unwanted secondary beams which can be hidden by means of a arranged after the polarization prism aperture - eg gap or aperture - in a simple way. Consequently, a unified light beam can be provided in a particularly secure manner.
  • a ⁇ / 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.
  • the ⁇ / 2 retardation plate may be achromatic or apochromatic or super-achromatic (for example quartz and MgF 2).
  • the polarization prism may be formed of calcite (calcite, Ca [CO3]).
  • calcite calcite, Ca [CO3]
  • other materials for the polarization prism are conceivable.
  • the light beams may each be generated by a laser.
  • Such lasers can provide light beams over a wide wavelength range.
  • 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.
  • 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 surface area 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.
  • the device according to the invention is of particular advantage, in particular for the so-called "non-linear microscopy" Paths 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
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of an optical component according to the invention in the form of a birefringent polarization prism and
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an optical arrangement having a polarization prism according to the invention according to FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an optical component according to the invention in the form of a birefringent polarization prism 4 for combining light beams 1 and 2.
  • a first light beam 1 with light of a first wavelength and a second light beam 2 with a light second wavelength by means of the polarization prism 4 merged into a combined light beam 3.
  • the light beam 1 enters the polarization prism 4 through an entrance surface 5.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the polarization prism 4 may be formed, for example, from calcite and be realized as a so-called Glan prism.
  • 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.
  • the light beam 1 is guided by a modulator 13 for modulating the light intensity and a shutter 14 to the polarization prism 4.
  • the second light beam 2 is guided by a modulator 17 for modulating the light intensity and a shutter 18 to a mirror 20, from which the light beam 2 to ⁇ / 2-retardation plate 12 is reflected and guided via an adjustment mirror 21 to the polarization prism 4.
  • the united by the polarization prism 4 light beam 3 reaches the aperture 1 1 to hide unwanted secondary beams. From there, the combined light beam 3 is guided for use in the form of, for example, a microscope.
  • 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.

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Abstract

Im Hinblick auf eine sichere Vereinigung von Lichtstrahlen (1, 2) auch bei Lichtstrahlen (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 Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das optische Bauteil ein doppelbrechendes Polarisationsprisma (4) ist. Des Weiteren ist ein entsprechendes Verfahren zur Vereinigung von Lichtstrahlen (1, 2) angegeben.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Vereinigung von Lichtstrahlen
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.
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 Mikroskopanordnungen 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 kom- men häufig so genannte Ultrakurzpuls-Laser zum Einsatz, die ggf. durchstimmbare und ggf. zumindest teilweise überlappende Wellenlängenbereiche aufweisen können.
Bei den bekannten Vorrichtungen werden als optische Bauteile beispielsweise wellenlängenabhängige 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 Polarisationsteilerwürfeln 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 geringem 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.
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.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An- spruchs 10 gelöst. Danach wird als optisches Bauteil ein doppelbrechendes Polarisationsprisma verwendet.
In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst 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.
Folglich sind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben, wonach eine sichere 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 individuell Lichtstrahlen aus einer der bereitgestellten Lichtquellen.
Bei herkömmlichen doppelbrechenden Polarisationsprismen sind die Ein-, Austrittsund 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 Eintrittsflächen 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 unterdrückt. Im 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 anschließende Vereinigung oder Zusammenführung der Lichtstrahlen sicher gewährleistet ist. Bei einem Ausführungsbeispiel können die beiden Eintrittsflächen für die Lichtstrahlen in einem Winkel (beispielsweise 78 Grad) zueinander geneigt sein, der dem doppelten eines Winkels entspricht, der zwischen den beiden Grenzwinkeln der Totalreflexion der verschiedenen Polarisationsrichtungen liegt. In vorteilhafter 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 vorteilhafter Weise mittig zwischen diesen beiden Grenzwinkeln der Totalreflexion, und in ganz besonders vorteilhafter 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 beziehen sich auf die jeweiligen Flächennormalen. 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 Richtungsablenkung, 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 gewährleisten. Der Spalt oder Luftspalt zwischen den Prismenteilen liefert Grenzflächen zu einem optisch dünneren 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.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung oder des Verfahrens kann im Strahlengang nach dem Polarisationsprisma eine Blende zum Ausblenden von Nebenstrahlen angeordnet sein. Bei der Strahlvereinigung mittels des Polarisationsprismas 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 superachromatisch (beispielsweise aus Quarz und MgF2) ausgeführt sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Polarisationsprisma aus Kalkspat (Calcit, Ca[CO3]) ausgebildet sein. Es sind jedoch auch andere Materialien für das Polarisationsprisma denkbar.
Bei einer weiteren konkreten Ausführungsform können die Lichtstrahlen jeweils von einem Laser erzeugt sein. Derartige Laser können Lichtstrahlen über einen großen Wellenlängenbereich bereitstellen.
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.
Aufgrund des möglichen kompakten Aufbaus eines doppelbrechenden Polarisationsprismas kann eine Chirp-Kompensation sehr gering gehalten werden oder ge- gebenenfalls 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 Flächenbereich 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.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere für die so genannte„nichtlineare Mikroskopie" von besonderem Vorteil. Dies ist insbesondere durch die geringen 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
• Vierwellenmischung
• 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 Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen optischen Bauteils in Form eines doppelbrechenden Polarisationsprismas und
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer optischen Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Polarisationsprisma gemäß Fig. 1.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen 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 Wellenlänge und ein zweiter Lichtstrahl 2 mit Licht einer zweiten Wellenlänge mittels des Polarisationsprismas 4 zu einem vereinigten Lichtstrahl 3 zusammengeführt.
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.
Das Polarisationsprisma 4 weist einen Luftspalt 8 auf, der die beiden, das Polarisationsprisma 4 bildenden Prismenteile 9 und 10 voneinander separiert. Das Polarisationsprisma 4 kann beispielsweise aus Kalkspat ausgebildet sein und als so genanntes Glan-Prisma realisiert sein.
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.
Der Lichtstrahl 1 ist durch einen Modulator 13 zur Modulation der Lichtintensität und einen Shutter 14 zu dem Polarisationsprisma 4 geführt. Der zweite Lichtstrahl 2 ist durch einen Modulator 17 zur Modulation der Lichtintensität 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. Der durch das Polarisationsprisma 4 vereinigte Lichtstrahl 3 gelangt zur Blende 1 1 , um unerwünschte Nebenstrahlen auszublenden. Von dort wird der vereinigte Lichtstrahl 3 zur Anwendung in Form beispielsweise eines Mikroskops geführt. 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.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten An- Sprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.
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-Spiegel

Claims

A n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur Vereinigung von Lichtstrahlen (1 , 2), wobei ein erster Licht- strahl (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,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das optische Bauteil ein doppelbrechendes Polarisationsprisma (4) ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei für die beiden Lichtstrahlen (1 , 2) jeweils bereitgestellte Eintrittsflächen (5, 6) des Polarisationsprismas (4) derart relativ zueinander orientiert sind, dass die Lichtstrahlen (1 , 2) vor ihrer Vereinigung jeweils senkrecht zu den Eintrittsflächen (5, 6) in das Polarisa- tionsprisma (4) eintreten und im vereinigten Zustand senkrecht zu einer Austrittsfläche (7) des Polarisationsprismas (4) aus diesem austreten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Eintrittsflächen (5, 6) in einem Winkel von beispielsweise etwa 78 Grad zueinander ge- neigt sind, der dem doppelten eines Winkels entspricht, der zwischen den beiden Grenzwinkeln der Totalreflexion der verschiedenen Polarisationsrichtungen liegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polarisationsprisma (4) zwei durch einen Spalt oder Luftspalt (8) voneinander separierte Prismenteile (9, 10) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polarisationsprisma (4) ein Glan-Prisma, ein Glan-Taylor-Prisma oder ein Glan- Foucault-Prisma ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang nach dem Polarisationsprisma (4) eine Blende (1 1 ) zum Ausblenden von Nebenstrahlen angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einenn der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang mindestens eines Lichtstrahls (1, 2) vordem Polarisationsprisma (4) eine λ/2-Verzögerungsplatte (12) zur Einstellung der Polarisationsrichtung angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Polarisationsprisma (4) aus Kalkspat ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen (1, 2) jeweils von einem Laser erzeugt sind.
10. Verfahren zur Vereinigung von Lichtstrahlen (1, 2), insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 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,
dadurch gekennzeichnet, dass als optisches Bauteil ein doppelbrechendes Polarisationsprisma (4) verwendet wird.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5194980A (en) * 1992-05-29 1993-03-16 Eastman Kodak Company Thresholded, high power laser beam scanning system
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