[發明專利]一種基于多面體棱鏡產生陣列多焦點的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810712163.0
• 申請日: 2018-07-03
• 公開（公告）號: CN108845409B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 郭漢明;田勝楠;楊照清;賈新月;柳陽;謝劍鋒;王俊煒;鄭思旭
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉;顏愛國

根據本發明的基于多面體棱鏡產生陣列多焦點的裝置及方法，裝置包括：多面體棱鏡以及聚焦單元，其中，多面體棱鏡、聚焦單元沿同一光軸線依次設置，多面體棱鏡用于對通過棱鏡的光束進行折射，得到折射光束，聚焦單元用于對折射光束進行聚焦，并在聚焦面上顯示聚焦單元聚焦形成的多個聚焦光斑，聚焦單元包括一個透鏡或多個透鏡的組合。將本發明所涉及的基于多面體棱鏡產生陣列多焦點的裝置應用在激光共聚焦掃描顯微鏡中，可以利用其產生的陣列分布聚焦光斑實現多點同時掃描成像，從而提高激光共聚焦掃描顯微的成像速度。本發明具有能夠任意控制多焦點排列方式和多焦點彼此間的距離、控制各個焦點強度大小、光能利用率高、結構緊湊且穩定等特點。

技術領域

本發明屬于光學領域，具體涉及一種基于多面體棱鏡產生陣列多焦點的裝置及方法。

背景技術

現有的多焦點產生方法，大多通過采用微透鏡陣列、光束分離器或衍射光學元件等元件或方法生成多焦點光束。或者利用照明光束的振幅調制、位相調制上實現激光束直接聚焦產生多個焦點。

其中，采用微透鏡陣列方法產生多焦點光束時，因入射光一般采用高斯光束，又因高斯光束的不均勻性，導致該方法存在光能利用率不高的缺點；而光束分離器需要多個分束元件分束，結構復雜、體積較大，調節精度要求高，在使用上較困難；衍射光學元件使用時必須與設計波長匹配，且不能用于不同波長，造價太高。

現有技術中，參見“多焦點光束產生裝置及多焦點共焦掃描顯微鏡.授權號：ZL201210030310.9”，多焦點的產生是通過對照明光束引入和振幅調制。在先技術中，參見“一種相位板多焦點產生裝置及方法.申請號：201210030296.2”，多焦點的產生是通過對照明光束的波前相位分布進行了0相位和π相位調節。這種產生多焦點的方法難以任意控制多焦點排列方式和多焦點彼此間的距離，而且焦點光斑質量比較差。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種基于多面體棱鏡產生陣列多焦點的裝置以及方法。

本發明提供了一種基于多面體棱鏡產生陣列多焦點的裝置，具有這樣的特征，包括多面體棱鏡以及聚焦單元，其中，多面體棱鏡、聚焦單元沿同一光軸線依次放置，多面體棱鏡用于對通過棱鏡的光束進行折射，得到多束與光軸有一定夾角的折射光束(該發明中簡稱多束折射光束)，聚焦單元用于對折射光束進行聚焦，并在聚焦面上顯示聚焦單元聚焦形成的多個聚焦光斑，聚焦單元包括一個透鏡或多個透鏡的組合。

本發明提供了一種基于多面體棱鏡產生陣列多焦點的方法，利用上述的基于多面體棱鏡產生陣列多焦點的裝置，其特征在于,包括以下步驟：

步驟一，將多面體棱鏡、聚焦單元沿同一光軸線依次放置；

步驟二，入射光束經過多面體棱鏡折射后，得到得到多束折射光束；

步驟三，多束折射光束射入聚焦單元，聚焦單元對折射光束進行聚焦后在聚焦面上顯示聚焦形成的多個聚焦光斑。

在本發明提供的基于多面體棱鏡產生陣列多焦點的方法中，還可以具有這樣的特征：其中，多面體棱鏡為具有底面和多個棱面的柱體，其橫截面為多邊形，光束的方向與底面垂直且光束先進入底面，聚焦光斑為一維陣列分分布，聚焦光斑的數量與棱面的數量相同。

另外，在本發明提供的基于多面體棱鏡產生陣列多焦點的方法中，還可以具有這樣的特征：其中，當聚焦單元具有一個透鏡，多面體棱鏡的橫截面為三角形的三棱鏡，三角形包括底邊、第一棱邊以及第二棱邊，透鏡對來自第一棱邊、第二棱邊的折射光束進行聚焦后在聚焦面上得到第一聚焦光斑、第二聚焦光斑，

第一聚焦光斑與光軸線的距離h₁表達式為：

h₁＝fsin[asin(nsinθ₁-θ₁)]