[發(fā)明專利]具有色散補償?shù)拿}沖分裂器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080042557.1
• 申請日: 2010-09-15
• 公開（公告）號: CN102511115A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設計）人: G·T·霍夫特;J·J·L·霍里克斯
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;G02B27/12
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王英;劉炳勝

技術領域

本發(fā)明涉及具有色散補償?shù)拿}沖分裂器，該脈沖分裂器特別適用于非線性光學成像，尤其是多光子顯微術。本發(fā)明還涉及對應的光學成像系統(tǒng)和對應的成像方法。

背景技術

多光子顯微術是一種為了研究生物組織而良好建立的技術。與共焦熒光顯微術相比，其優(yōu)勢在于它具有在諸如組織的渾濁介質(zhì)中的更大穿透深度、更小的激勵負載和自然深度切片。

非線性成像的缺點是用于兩個光子激勵的熒光團的小吸收橫截面。這可能通過增加激勵功率來補償，但是在利用具有80MHz的重復率的常規(guī)激光系統(tǒng)進行的亞微米聚焦中，功率的增加實際上被限制到在大約10mW平均功率處的針對所謂的漂白的損傷閾值。因此脈沖能量應該被限制到低于1nJ。然而，可用的激光系統(tǒng)表現(xiàn)出大得多的平均功率并因此表現(xiàn)出大得多的脈沖能量。可以優(yōu)選在不損失能量的情況下通過將每個脈沖分裂成具有相同能量的一組等距脈沖來使用過剩的能量。通過將重復率加速N倍，一般可以：

使信號強度增加N倍，

使數(shù)據(jù)采集速度增加N倍，或

降低光損傷概率，或

其任何組合。

存在針對脈沖分裂器的各種解決方案，例如使用具有兩個平行的部分反射鏡的Fabry-Perot標準具，或者使用其中應用一堆平行標準具的所謂的光列(optical?rattler)。

新近的單塊脈沖分裂器已經(jīng)被Na?Ji，Jeffrey?C.Magee&Eric?Betzig?(Nature?Methods?5(2)2008，pp?197-202，題目為“High-speed，low-photodamage?nonlinear?imaging?using?passive?pulse?splitters”)公開。還參見對應的美國專利申請US?2009/0067458，其中一種裝置包括脈沖激光源、無源脈沖分裂器、樣品和探測器，該脈沖激光源以一輸入重復率和一輸入脈沖功率產(chǎn)生脈沖激光束，該無源脈沖分裂器(具有以50％束分裂器分界的兩種不同材料)接收脈沖激光束并且輸出包括針對脈沖激光束的每個輸入脈沖的多個子脈沖的信號。輸出信號具有高于輸入重復率的重復率，并且每個子脈沖的功率小于輸入脈沖功率。

Na?Ji等人的脈沖分裂器的本質(zhì)是：兩個材料層具有不同的折射率，從而在50％束分裂器的界面處存在折射。具有不同折射率的材料具有具有不同群速度色散的傾向。這意味著，當超短脈沖行進穿過介質(zhì)時，構成該脈沖的所有光學頻率并不都具有相同的速度。因此，該脈沖將被展寬。這種展寬效應對于行進穿過兩種材料——介質(zhì)1和介質(zhì)0——的各波束是不同的。在脈沖分裂器的輸出端上，脈沖被混合，從而導致交替地更多和更少展寬的脈沖。Na?Ji等人提出使用低色散材料——例如空氣和硅來降低群速度色散，但是這將僅降低色散而不是將其消除，并且這一色散也將對子脈沖數(shù)目N和可用內(nèi)部成對脈沖間隔時間Δt設置局限。

因此，一種改進的脈沖分裂器設備可能是有利的，特別地，更高效和/或可靠的設備可能是有利的。

發(fā)明內(nèi)容

實現(xiàn)一種改進的脈沖分裂器是有利的。總體上，本發(fā)明優(yōu)選尋求單獨或組合地減輕、削弱或消除上述缺點中的一個或多個。特別地，可以看作是本發(fā)明的目的的是提供一種脈沖分裂器設備，其解決現(xiàn)有技術中的上述問題或其他問題。特別是關于色散的問題。

該目的和若干其他目的在本發(fā)明的第一方面通過以下方式獲得，即提供一種脈沖分裂設備，其適于從相關聯(lián)的脈沖照射源接收具有中心波長(λ)的照射脈沖并且針對每個輸入照射脈沖輸出多個子脈沖，

所述脈沖分裂器包括：

具有第一材料(m₀)的第一區(qū)域，所述第一材料具有第一折射率(n₀)，以及

具有第二材料(m₁)的第二區(qū)域，所述第二材料具有第二折射率(n₁)；

其中，所接收的照射脈沖和脈沖分裂器被配置為相互作用，從而使得至少第一和第二子脈沖分別被所述第一區(qū)域中的第一光程長度(OP1)和所述第二區(qū)域中的第二光程長度(OP2)在時間上分離，并且

其中，第一光程長度(OP1)乘以相對于第一材料中的波長的群速度色散(GVD1)與第二光程長度(OP2)乘以相對于第二材料中的波長的群速度色散(GVD2)平衡，從而使得所述第一和第二子脈沖的色散展寬基本相等。