專利名稱：用于改善色散攝譜儀的光譜分辨率的分光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜學(xué)領(lǐng)域，更具體地涉及用于改善光譜分辨率(spectralresolution)的改進(jìn)的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
典型的光學(xué)攝譜儀(optical spectrograph)包括小的輸入孔,通常是縫(slit),也可以是圓形針孔或光纖，然而為簡便起見，下文中將稱為縫。會(huì)聚的光錐朝該縫投射，且該光的一部分穿過該縫。在典型的光學(xué)攝譜儀中，這一隙光被投射到一個(gè)透鏡上，該透鏡校直(collimate)這一隙光，以形成一束平行光線。在典型的光學(xué)攝譜儀中，色散元件(諸 如棱鏡、透射光柵或反射光柵)根據(jù)光的波長來將準(zhǔn)直光束(collimated beam)偏轉(zhuǎn)不同的量。通常，相機(jī)透鏡使這些偏轉(zhuǎn)的準(zhǔn)直光束聚焦到陣列探測器(諸如位于最終焦平面(focal plane)上的電荷耦合元件(CCD)探測器)上，該陣列探測器可記錄各個(gè)波長的光強(qiáng)度(light intensity)。在典型的光學(xué)攝譜儀中，校直透鏡(collimating lens)和相機(jī)透鏡用作轉(zhuǎn)像系統(tǒng)(image relay)，以形成穿過縫到達(dá)探測器(諸如CXD探測器)上的光的像，所述像可根據(jù)光的波長而被橫向移位。光學(xué)攝譜儀的分辨率，即它檢測和測量窄光譜特征(諸如吸收線和發(fā)射線)的能力，可依賴于多種特性。這樣的特性可包括色散元件，諸如棱鏡、透射光柵和反射光柵；相機(jī)透鏡的焦距；以及縫的寬度。對于特定的色散器和相機(jī)透鏡，可通過縮小輸入縫的寬度來增大攝譜儀的分辨率，這使得光的每個(gè)像穿過該縫(取決于光的波長)并到達(dá)探測器，與該探測器的一個(gè)較小的區(qū)段對位，從而允許相鄰的光譜成分更容易被區(qū)分。通過縮小輸入縫的寬度，更少的光穿過該輸入縫，這會(huì)因信噪比的降低而降低任何測量的品質(zhì)。在一些應(yīng)用(例如天文攝譜儀、高速生物醫(yī)學(xué)攝譜儀、高分辨率攝譜儀或拉曼攝譜儀)中，這個(gè)效率損失會(huì)是光學(xué)攝譜儀性能的限制因素。在光學(xué)攝譜儀領(lǐng)域中，如下的設(shè)備將是有益的該設(shè)備通過水平壓縮和豎直擴(kuò)張輸入光束的光斑像(產(chǎn)生一隙光)來增加能夠通過該縫的光，同時(shí)基本維持光強(qiáng)度或通量密度(flux density)。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本說明書中使用的術(shù)語“水平” “豎直”以及其他這樣的術(shù)語，例如“上方(above)”和“下方(below)”，被用來解釋本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案，而不旨在限制本發(fā)明。分光器(optical slicer)可用于接收輸入光束并產(chǎn)生輸出光束，以生成隙光。使用透明的棱鏡和板對輸入光束進(jìn)行分光可產(chǎn)生沿著光軸傾斜的一隙光，而且光束的分光可沿著45°棱鏡的斜邊而發(fā)生,這會(huì)導(dǎo)致焦點(diǎn)退化(focal point degradation),因?yàn)橐逊止獾南竦牟煌糠治挥诓煌慕刮恢?focal position)。這樣的分光器的性能可依賴于所使用的棱鏡的吸收系數(shù)和折射率(兩者均為波長依賴性的)。這些缺點(diǎn)會(huì)限制諸如寬帶裝置等分光器的使用。其他分光器，諸如瞳孔分光器(pupil slicer)，具有諸如不能從一個(gè)像的不同部分獲得高分辨率光譜信息等缺陷。此外，這樣的分光器會(huì)尺度較大，且會(huì)導(dǎo)致多種系統(tǒng)的實(shí)施弱化或效率降低?，F(xiàn)有的采用玻璃基設(shè)計(jì)的分光器往往使用拉格朗日常數(shù)變換器，以將光從拉曼光源引到光學(xué)攝譜儀。所述變換器包括八個(gè)不同的柱透鏡和球透鏡，以及兩摞十個(gè)精確定位的柱透鏡。所得到的裝置可具有沿著主光軸的大于58英寸的長度，具有此尺寸的裝置往往既難于維持對齊，又難于在嚴(yán)格受控的實(shí)驗(yàn)室之外的任何環(huán)境中操縱或采用。在一些瞳孔分光器中，兩個(gè)縫像(slit image)可被生成在一個(gè)CXD探測器的不同部分上。該實(shí)施方式會(huì)具有如下缺點(diǎn)這些縫像在探測器上被間隔開，之間的空隙會(huì)向信號(hào)添加噪音，從而降低輸出數(shù)據(jù)的品質(zhì)。此外，在這樣的分光器中，空隙會(huì)浪費(fèi)珍貴的探測器 區(qū)域，從而限制可適于該探測器的光譜數(shù)量(或光譜數(shù)量級(jí))。此外，當(dāng)使用這樣的分光器時(shí)，探測器讀取可能不是最優(yōu)的，因?yàn)楣庾V散布在探測器區(qū)域上。使用光纖束(optical fiber bundle)來允許輸入源的擴(kuò)張像(常常是圓形的)形成窄條的那些分光器會(huì)導(dǎo)致輸出比(output ratio)退化大和總性能效率降低?，F(xiàn)有的分光器裝置都遭受這個(gè)低效率和低輸出比的困擾，從而呈現(xiàn)了分光器的設(shè)計(jì)和實(shí)施的一個(gè)明確目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明的一方面，提供了一種用于生成輸出光斑(output spot)的分光器，包括像壓縮器，所述像壓縮器接收基本準(zhǔn)直的輸入光束并壓縮該光束，其中所述輸入光束如果穿過聚焦透鏡則產(chǎn)生輸入光斑(input spot);像重整器(image reformatter),所述像重整器接收壓縮光束(compressed beam)以將該光束重整成所述壓縮光束的多個(gè)分光部分(sliced portion)，并且將這些部分基本彼此平行地豎直堆疊；以及像擴(kuò)張器，所述像擴(kuò)張器擴(kuò)張重整光束(reformatted beam)以產(chǎn)生準(zhǔn)直的輸出光束,所述輸出光束如果穿過所述聚焦透鏡則產(chǎn)生如下的輸出光斑，所述輸出光斑相對于所述輸入光斑在第一維度上被擴(kuò)張且在第二維度上被壓縮。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述壓縮光束可相對于所述輸入光束在豎直方向上被壓縮且在水平方向上基本相近，并且所述輸出光束可相對于所述重整光束在水平方向上被擴(kuò)張且可具有與所述輸入光束基本相近的尺度。在其他實(shí)施方案中，所述分光器可具有分光因子(slicing factor)η。所述壓縮光束的分光部分的數(shù)量可等于η,并且所述輸出光束可相對于所述輸入光斑在豎直方向上以所述因子η被擴(kuò)張且在水平方向上以所述因子η被壓縮。在優(yōu)選實(shí)施方案中，η為從2至64的整數(shù)，更優(yōu)選地從2至32。更優(yōu)選地，η的值為 2、4、8、16 或 32。所述壓縮器可具有凸透鏡和凹透鏡，其中所述凸透鏡可接收所述輸入光束并產(chǎn)生會(huì)聚光束(converging beam),并且所述壓縮光束可由所述會(huì)聚光束穿過校直透鏡而產(chǎn)生。在替代實(shí)施方案中，所述像壓縮器可包括凹反射表面和凸反射表面，其中所述凹反射表面可接收所述輸入光束并可產(chǎn)生會(huì)聚光束，并且所述壓縮光束可由所述會(huì)聚光束反射離開(reflect off)所述凹反射表面而形成。所述像重整器可包括至少兩個(gè)反射表面，其中所述至少兩個(gè)反射表面中的一個(gè)反射表面可接收所述壓縮光束的一部分，并且可將該部分在所述至少兩個(gè)反射表面之間來回進(jìn)行至少一次反射，并且其中每個(gè)分光部分可由所述壓縮光束的第二部分在所述至少一次反射中的每一次反射之后從所述至少兩個(gè)反射表面旁經(jīng)過(pass by)而形成。所述像擴(kuò)張器可包括凹透鏡和凸透鏡，其中所述凹透鏡可接收所述重整光束并可產(chǎn)生發(fā)散光束(diverging beam)，并且所述輸出光束可由所述發(fā)散光束穿過所述凸透鏡而產(chǎn)生。在替代實(shí)施方案中，所述像擴(kuò)張器可包括凸反射表面和凹反射表面，其中所述凸反射表面可接收所述重整光束并可產(chǎn)生發(fā)散光束，并且所述輸出光束可由所述發(fā)散光束反射離開所述凹反射表面而形成。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述輸出光斑可具有與所述輸入光斑基本相同的光強(qiáng)度值。在本發(fā)明的另一方面，提供了一種生成輸出光斑的方法，包括如下步驟壓縮準(zhǔn)直的輸入光束，其中所述輸入光束如果穿過聚焦透鏡則產(chǎn)生輸入光斑；將壓縮光束重整成基本豎直堆疊且基本彼此平行的多個(gè)分光部分；以及擴(kuò)張重整光束，以產(chǎn)生準(zhǔn)直的輸出光束， 所述輸出光束當(dāng)穿過所述聚焦透鏡時(shí)產(chǎn)生如下的輸出光斑，所述輸出光斑相對于所述輸入光斑在第一維度上被擴(kuò)張且在第二維度上被壓縮。 在一些實(shí)施方案中，所述壓縮光束相對于所述輸入光束可在豎直方向上被壓縮且可在水平方向上基本相近，并且所述輸出光束相對于所述重整光束可在水平方向上被擴(kuò)張且可具有與所述輸入光束基本相近的尺度。在一些實(shí)施方案中，分光部分的數(shù)量可等于分光因子η,并且所述輸出光斑可在豎直方向上以所述因子η被擴(kuò)張且在水平方向上以所述因子η被壓縮。在本發(fā)明的又一方面，提供了一種具有分光因子η的分光器，所述分光器包括像壓縮器，所述像壓縮器接收基本準(zhǔn)直的輸入光束并壓縮該光束，其中所述準(zhǔn)直的光束如果穿過聚焦透鏡則產(chǎn)生輸入光斑；像重整器，所述像重整器接收壓縮光束以將該光束重整成所述壓縮光束的η個(gè)分光部分，并且將這些部分基本彼此平行地豎直堆疊；以及像擴(kuò)張器，所述像擴(kuò)張器擴(kuò)張所述重整光束以產(chǎn)生準(zhǔn)直的光束，所述準(zhǔn)直的光束如果穿過所述聚焦透鏡則產(chǎn)生如下的輸出光斑，所述輸出光斑相對于所述輸入光斑在第一維度上以所述因子η被壓縮且在第二維度上以所述因子η被擴(kuò)張。在本發(fā)明的另一方面,一個(gè)倍乘(multiplicative)分光器包括具有第一分光因子m的第一分光器以及具有第二分光因子η的第二分光器，所述第一分光器和所述第二分光器串聯(lián)放置，并且所述倍乘分光器具有分光因子m X η。


為了更好地理解此處描述的系統(tǒng)和方法的實(shí)施方案，并且更清楚地示出它們可如何實(shí)施，將以示例方式參照所附的附圖，其中圖IA示出了分光因子為2的分光器的方框圖；圖IB示出了分光因子為4的分光器的方框圖2示出了分光因子為2的分光器的一個(gè)實(shí)施方案的等軸測視圖；圖3示出了分光因子為2的分光器的一個(gè)替代實(shí)施方案的等軸測視圖；圖4示出了分光因子為4的分光器的一個(gè)替代實(shí)施方案的等軸測視圖；圖5A示出了分光因子為4的分光器的一個(gè)替代實(shí)施方案的等軸測視圖；圖5B-5G示出了圖5A的分光器的光學(xué)元件的實(shí)施方案的等軸測視圖和平面視圖；圖5H-5I示出了用于圖5A中示出的分光器的殼罩的一個(gè)實(shí)施方案的等軸測視圖；圖6A-6D不出了在分光器的一個(gè)實(shí)施方案中使用的壓縮器的替代實(shí)施方案的圖 示；以及圖7A-7C示出了在分光器的一個(gè)實(shí)施方案中使用的分光因子為4的重整器的替代實(shí)施方案的圖示。
具體實(shí)施例方式應(yīng)理解，為了例示的簡便和清楚，在認(rèn)為適合時(shí)，各個(gè)附圖中的附圖標(biāo)記可重復(fù)，以指示相應(yīng)的或類似的元件或步驟。此外，提出了諸多具體細(xì)節(jié)，以提供對此處描述的實(shí)施方案的徹底理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，此處描述的實(shí)施方案可在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其他情形中，未詳細(xì)描述公知的方法、過程和部件，以免模糊此處描述的實(shí)施方案。此外，本說明不應(yīng)被視為以任何方式限制此處描述的實(shí)施方案的范圍，而是僅說明此處描述的各種實(shí)施方案的實(shí)現(xiàn)。參考圖1A，其示出了分光器100的一個(gè)圖示，該分光器包括像壓縮器170、像重整器172和像擴(kuò)張器174。分光器100接收輸入光束102作為準(zhǔn)直光束，輸入光束102可通過例如校直透鏡或曲面鏡(curved mirror)來產(chǎn)生。當(dāng)輸入光束102被具有與用來產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的聚焦透鏡聚焦時(shí)，輸入光束102也產(chǎn)生輸入光斑180。分光器100的像壓縮器170接收輸入光束102并輸出豎直壓縮的光束114，豎直壓縮的光束114在豎直尺度上被變形地壓縮，且與輸入光束102相比具有較小的豎直尺度和較大的水平尺度。此外，豎直壓縮的光束114，如果穿過具有與用來產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的聚焦透鏡，則產(chǎn)生壓縮器光斑(compressor spot) 182,從而導(dǎo)致壓縮光束114聚焦，以投射一個(gè)相對于輸入光斑180在水平尺度上基本相近且在豎直尺度上被擴(kuò)張的像。在一些實(shí)施方案中，由豎直壓縮的光束114投射的像可具有與輸入光束102相同的水平寬度；然而，豎直壓縮的光114的豎直高度可以以分光因子被壓縮。術(shù)語“分光因子”被用來描述由分光器的輸出光束產(chǎn)生的輸出光斑的水平壓縮和豎直擴(kuò)張與該分光器的輸入光束產(chǎn)生的輸入光斑的水平尺度和豎直尺度的比值，所述輸出光斑和所述輸入光斑是當(dāng)所述輸出光束和所述輸入光束分別被相同的聚焦透鏡聚焦時(shí)產(chǎn)生的。例如，對于分光因子為2的分光器,諸如圖IA表不的分光器,輸出分光器產(chǎn)生輸出光束156，該輸出光束，如果通過具有與產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或凸面鏡(convexmirror)基本相等的焦距的聚焦透鏡聚焦，則生成輸出光斑186。通過相同的聚焦透鏡來聚焦輸入光束102將傾向于生成輸入光斑180。輸出光斑186的豎直尺度為輸入光斑180的二倍且水平尺度為輸入光斑180的一半。因此，由這個(gè)配置產(chǎn)生的分光器的分光因子是2。在替代的實(shí)施方案中，諸如在圖IB中示出的分光器100的圖示中，輸出光斑186可以類似地通過具有與用來生成輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的聚焦透鏡來聚焦輸出光束156而生成。通過相同的聚焦透鏡來聚焦輸入光束102則生成輸入光斑180。在該實(shí)施方案中，輸出光斑186的豎直尺度為輸入光斑180的4倍且水平尺度為輸入光斑180的1/4。因此，圖IB表不的分光器100的分光因子是4。分光因子η的其他值也是可行的。以與上面討論的基本相似的方式由所述輸出光束生成的輸出光斑的豎直尺度可以是由所述輸入光束生成的輸入光斑的豎直尺度的η倍，且該輸出光斑的水平尺度傾向于是該輸入光斑的水平尺度的I/n。回顧圖1A，在豎直方向上壓縮的光束114被像重整器172接收，像重整器172輸出重整光束136和138 ;這樣的重整光束136和138基本豎直堆疊且基本平行。重整光束136和138是豎直壓縮的光束114的分光部分。在所示的實(shí)施方案中，像重整器174輸出兩個(gè) 光束切片(beam slice),光束切片的數(shù)量在該實(shí)施方案等于分光器100的分光因子；然而，在一些實(shí)施方案中，像重整器172可產(chǎn)生數(shù)量多于或少于分光器100的分光因子的光束切片。每個(gè)重整光束136和138，如果穿過具有與用于產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡相同的焦距的聚焦透鏡，則產(chǎn)生重整器光斑184。重整器光斑184與壓縮器光斑182具有基本相同的水平尺度和豎直尺度。由于重整光束136和138基本豎直堆疊且基本平行，所以由每個(gè)重整光束136和138生成的個(gè)體(individual)重整器光斑(它們組合形成重整器光斑184)被一個(gè)投射在另一個(gè)上，從而使重整器光斑814的光強(qiáng)度達(dá)到每個(gè)光束136和138個(gè)體生成的個(gè)體重整器光斑的二倍。雖然在圖IA示出的實(shí)施方案中，重整器光斑184的光強(qiáng)度是由每個(gè)重整光束生成的每個(gè)個(gè)體重整器光斑的光強(qiáng)度的二倍，但在其他實(shí)施方案中，重整器光斑184的光強(qiáng)度與由每個(gè)重整光束生成的每個(gè)個(gè)體重整器光斑的光強(qiáng)度之比對應(yīng)于由像重整器174生成的分光部分的數(shù)量。例如，參見圖1B，分光器100被示為具有像重整器172，像重整器172產(chǎn)生重整光束136A、136B、138A和138B，每個(gè)重整光束基本平行且基本豎直堆疊。重整光束136AU36BU38A和138B是豎直壓縮的光束114的分光部分。以與上面討論的基本相似的方式由重整光束136A、136B、138A和138B生成的重整器光斑184的光強(qiáng)度是由每個(gè)重整光束136A、136B、138A和138B生成的每個(gè)個(gè)體重整器光斑的光強(qiáng)度的大約4倍。回顧圖1A，重整光束136和138被像擴(kuò)張器174接收，像擴(kuò)張器174以所述分光因子為倍數(shù)擴(kuò)張重整光束136和138。在所示的實(shí)施方案中，重整光束136和138既在水平方向上又在豎直方向上(非變形地)以因子2被擴(kuò)張，以產(chǎn)生輸出光束156,輸出光束156由分光光束(sliced beam) 158和160構(gòu)成。分光光束158和160是重整光束136和138的擴(kuò)張。輸出光束156具有與輸入光束102基本相近的尺度。將輸出光束156投射到具有與用來產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的透鏡上以聚焦，從而產(chǎn)生輸出光斑186。輸出光斑186產(chǎn)生輸入光斑180的像,該像可在水平方向上以所述分光因子被壓縮且在豎直方向上以所述分光因子被擴(kuò)張，同時(shí)維持與輸入光斑180相近的光強(qiáng)度。在實(shí)施方案中，諸如在圖IA表的實(shí)施方案中，輸出光斑186在豎直方向上可以是輸入光斑180的二倍，且在水平方向上可被壓縮到輸入光斑180的二分之一。在其他實(shí)施方案中，諸如在圖IB示出的實(shí)施方案中，重整光束136A、136B、138A和138B被像擴(kuò)張器174 (可以是變形水平光束擴(kuò)張器)接收以產(chǎn)生輸出光束156，輸出光束156由輸出切片158A、158B、160A和160B構(gòu)成，它們是重整光束136A、136B、138A和138B的擴(kuò)張(在水平方向上擴(kuò)張)。在一些實(shí)施方案中，輸出光束156具有與輸入光束102相近的尺度。對于圖IB表不的實(shí)施方案(其表不了分光因子為4的分光器)，當(dāng)輸出光束156被投射到具有與用來產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的透鏡上時(shí)，輸出光束156被聚焦以產(chǎn)生輸出光斑186。輸出光斑186在豎直方向上可以是輸入光斑180的四倍，且在水平方向上可被壓縮到輸入光斑180的四分之一，同時(shí)維持與輸入光斑180相近的光強(qiáng)度。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，分光器100的所得到的輸出光束156 (其中分光器100的分光因子為η)當(dāng)被具有與用來產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的透鏡聚焦時(shí)產(chǎn)生輸出光斑，該輸出光斑與由輸入光束102穿過相同的聚焦透鏡而生成的輸入光斑相比，在豎直方向上是η倍且在水平方向上被壓縮到η分之一，同時(shí)維持與所述輸入 光斑相近的光強(qiáng)度。參見圖2，其示出了分光器100，分光器100包括像壓縮器170、像重整器172和像擴(kuò)張器174。在圖2中，分光器100的分光因子為2。輸入光束102可以是基本準(zhǔn)直的光束，其可由校直透鏡或曲面鏡產(chǎn)生。輸入光束102當(dāng)被具有與用來產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的聚焦透鏡聚焦時(shí)產(chǎn)生輸入光斑。輸入光束102被像壓縮器170接收，像壓縮器170輸出豎直壓縮的光束114。像壓縮器170具有凸柱透鏡(convex cylindrical lens) 104,凸柱透鏡104接收輸入光束102并輸出豎直會(huì)聚的光束108。豎直會(huì)聚的光束108被凹柱透鏡(concave cylindricallens) 110接收，凹柱透鏡110將豎直會(huì)聚的光束108校直并輸出豎直壓縮的光束114。在其他實(shí)施方案中，凹透鏡/凸透鏡對可輸出豎直壓縮的光束114。在這樣的替代實(shí)施方案中，透鏡104可以是凹透鏡且透鏡108可以是凸透鏡。替代地，豎直壓縮的光束114如果穿過具有與用來產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的聚焦透鏡則產(chǎn)生壓縮器光斑，該壓縮器光斑與輸入光束102通過相同聚焦透鏡產(chǎn)生的輸入光斑相比，在水平方向上具有基本相近的尺度且在豎直方向上以分光因子為倍數(shù)被擴(kuò)張。在所示的實(shí)施方案中，與由輸入光束102使用相同的聚焦透鏡產(chǎn)生的輸入光斑相比，所述分光因子是2。參見圖6A-6D，其示出了像壓縮器170的替代實(shí)施方案。參見圖6A，像壓縮器170具有柱透鏡602,柱透鏡602接收壓縮器輸入光束600,并且將壓縮器輸入光束600聚焦，以接下來投射到校直柱透鏡604上,從而產(chǎn)生相對于壓縮器輸入光束600被壓縮的輸出光束。在圖6A所示的實(shí)施方案中，校直柱透鏡604位于柱透鏡602的焦點(diǎn)之外，校直柱透鏡604輸出了壓縮器輸入光束600在豎直方向上被壓縮的倒像。參見圖6B,像壓縮器170具有光學(xué)兀件612,光學(xué)兀件612具有第一表面614,其在豎直方向上聚焦壓縮器輸入光束600 ;以及第二表面616,其基本校直由第一表面614產(chǎn)生的聚焦光束。從光學(xué)兀件612輸出的光束產(chǎn)生了與壓縮器輸入光束600相比在豎直方向上被壓縮的輸出光束。
參見圖6C，像壓縮器170具有變形棱鏡622和624，變形棱鏡622和624被定向?yàn)槭沟脡嚎s器輸入光束600在每個(gè)變形棱鏡622和624的輸出表面處被折射。該實(shí)施方案中的像壓縮器170的所得到的輸出光束產(chǎn)生了與壓縮器輸入光束600相比在豎直方向上被壓縮的光束。參見圖6D，像壓縮器170具有鏡632和634，壓縮器輸入光束600反射離開鏡634的凹表面，并被投射到鏡632的凸表面上，以產(chǎn)生與壓縮器輸入光束600相比在豎直方向上被壓縮的輸出光束。技術(shù)人員會(huì)理解，可實(shí)施此處描述的壓縮器的明顯變體以及這樣的壓縮器元件的明顯定向來產(chǎn)生與壓縮器輸入光束600相比在豎直方向上被壓縮的光束?；仡檲D2，豎直壓縮的光束114被像重整器172接收，像重整器172輸出重整光束136和138，這樣的重整光束136和138基本平行且基本豎直堆疊。像重整器172包括并排的平面鏡(flat mirror) 116和118以及豎直堆疊的平面鏡128和130。

并排的平面鏡116和118可接收豎直壓縮的光束114，豎直壓縮的光束114的一部分被并排的平面鏡116接收，且豎直壓縮的光束114的另一部分被并排的平面鏡118接收，這將豎直壓縮的光束114分光，從而產(chǎn)生分光光束124和126。分光光束124和126從并排的平面鏡116和118反射到豎直堆疊的鏡128和130上，分光光束124被反射到豎直堆疊的鏡128上，且分光光束126被反射到豎直堆疊的鏡130上。分光光束124和126反射離開豎直堆疊的鏡128和130，以產(chǎn)生重整光束136和138。重整光束136和138與分光光束124和126相似，但基本豎直堆疊且基本平行。在一些實(shí)施方案中，豎直堆疊的鏡128和130是D形鏡(D-s haped mirror)，且可以是光學(xué)平面的，并被充分鋁化(或鏡面化)到它們的鄰邊的50微米以內(nèi)；然而，技術(shù)人員會(huì)理解，其他反射性質(zhì)也可達(dá)成基本相近的結(jié)果。如果重整光束136和138穿過具有與用來產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的聚焦透鏡，則產(chǎn)生重整器光斑。在所示的實(shí)施方案中，這個(gè)重整器光斑具有與輸入光束102穿過相同的聚焦透鏡產(chǎn)生的輸入光斑相同的水平尺度和四倍的豎直尺度，同時(shí)維持與該輸入光斑相近的光強(qiáng)度。參見圖7A-7C，示出了像重整器172的替代實(shí)施方案。參見圖7A，像重整器172具有多個(gè)鏡對，每個(gè)鏡對接收重整器輸入光束700的一部分，且每個(gè)鏡對被定位為產(chǎn)生重整光束720的一部分，重整光束720由光束部分720A、720B、720C和720D構(gòu)成，每個(gè)光束部分基本平行且基本豎直堆疊，并且是重整器輸入光束700中的ー個(gè)分光部分。鏡對702和712可接收重整器輸入光束700的第一部分，所述第一部分反射離開鏡702并被鏡712接收，鏡712被布置為產(chǎn)生光束部分720D。鏡對704和714接收重整器輸入光束700的第二部分，所述第二部分反射離開鏡704并被鏡714接收，鏡714被布置為產(chǎn)生光束部分720C。鏡對706和716接收重整器輸入光束700的第三部分，所述第三部分反射離開鏡706并被鏡716接收，鏡716被布置為產(chǎn)生光束部分720B。鏡對708和718接收重整器輸入光束700的第四部分，所述第四部分反射離開鏡708并被鏡718接收，鏡718被布置為產(chǎn)生光束部分720A。技術(shù)人員會(huì)理解，添加額外的鏡對可增加重整光束720的光束部分的數(shù)量。參見圖7B，像重整器172包括反射表面730和732。在使用中，重整器輸入700被反射表面730接收，且可在反射表面732之間來回反射,反射光束的一部分反射離開反射表面732并從反射表面730旁經(jīng)過以產(chǎn)生輸出光束720的ー個(gè)光束部分，直到每個(gè)光束部分720A、720B、720C和720D都被生成，每個(gè)光束部分相對于彼此基本平行且基本豎直堆疊，且每個(gè)光束部分是重整器輸入700的ー個(gè)分光部分。技術(shù)人員會(huì)理解，可通過如下的方式生成額外的光束部分調(diào)整反射表面730和732的位置，以在反射表面730和732之間產(chǎn)生額外的來回反射，每個(gè)反射繼續(xù)提供反射光束的一部分以從反射表面730旁經(jīng)過，從而形成輸出光束730的ー個(gè)光束部分。參見圖7C，像重整器172可由兩級(jí)組成，第一級(jí)由反射表面740和742組成，且第ニ級(jí)由反射表面744和746組成。重整器輸入700的一部分從反射表面740旁經(jīng)過以產(chǎn)生第一輸出光束750的光束部分750B，且輸入光束的第二部分可反射離開反射表面740到反射表面742上，以形成第一輸出光束750的光束部分750A(其傾向于從反射表面740旁經(jīng)過)。每個(gè)光束部分750A和750B基本平行且基本豎直堆疊。然后光束750可局部被反射表面744接收，光束750的一部分從反射表面744旁經(jīng)過以產(chǎn)生輸出光束720C和720D，光束750的剰余部分反射離開反射表面744到反射表面746上。離開反射表面746的光束部分產(chǎn)生了輸出光束720的輸出光束部分720A和720B，輸出光束部分720A和720B可從反射表面744旁經(jīng)過。光束部分720A、720B、720C和720D基本豎直堆疊且基本平行，且是重整 器輸入700的分光部分。技術(shù)人員會(huì)理解,通過添加額外的級(jí),輸出光束可由額外的光束部分構(gòu)成。例如，添加ー個(gè)額外的級(jí)可產(chǎn)生8個(gè)光束部分，而再添加ー個(gè)級(jí)可產(chǎn)生16個(gè)光束部分。回顧圖2，重整光束136和138被產(chǎn)生輸出光束156的像擴(kuò)張器174接收，輸出光束156由分光光束158和160構(gòu)成。像擴(kuò)張器174具有凹透鏡142，凹透鏡142可接收重整光束136和138，且可均勻擴(kuò)張重整光束136和138，從而產(chǎn)生擴(kuò)張光束146。像擴(kuò)張器174還可具有校直透鏡148，校直透鏡148接收擴(kuò)張光束146并基本校直擴(kuò)張光束146，從而產(chǎn)生輸出光束156。在一些實(shí)施方案中，凹透鏡142和校直透鏡148可以是柱透鏡，所述柱透鏡可在水平方向上擴(kuò)張重整光束136和138，同時(shí)維持它們的豎直尺度。輸出光束156穿過具有與用來產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的聚焦透鏡以聚焦，從而產(chǎn)生輸出光斑。這個(gè)輸出光斑可投射輸入光斑(其由輸入光束102穿過相同的聚焦透鏡而生成)的像，該輸出光斑在水平方向上以所述分光因子被壓縮且在豎直方向上以所述分光因子被擴(kuò)張，同時(shí)維持與由輸入光束102穿過相同的聚焦透鏡而生成的輸入光斑相近的光強(qiáng)度。在圖2不出的分光器100的實(shí)施方案中，與由輸入光束102穿過相同的聚焦透鏡而生成的輸入光斑相比，由輸出光束156生成的輸出光斑在豎直方向上為二倍且在水平方向上被壓縮到二分之一。參見圖6A-6D,技術(shù)人員會(huì)理解圖6A-6D不出的壓縮器的各個(gè)替代實(shí)施方案也可用作擴(kuò)張器，如果這樣的實(shí)施方案是用與圖6A-6D中所示光束的相反方向投射的光束實(shí)施的。此外，技術(shù)人員會(huì)理解，可適當(dāng)?shù)貙?shí)施或定位包括光學(xué)元件的其他設(shè)備來產(chǎn)生擴(kuò)張光束156。參見圖3，其示出了分光器100的一個(gè)實(shí)施方案。分光器100具有像壓縮器170、像重整器172和像擴(kuò)張器174。在圖3所示的實(shí)施方案中，分光器的分光因子為2。像壓縮器170 (其具有會(huì)聚透鏡302、反射表面304和306以及校直透鏡310)在會(huì)聚透鏡302處接收輸入光束以產(chǎn)生會(huì)聚光束，該會(huì)聚光束被反射表面304接收并反射到反射表面306。該會(huì)聚光束反射離開反射表面306，在此穿過校直透鏡310，校直透鏡310基本校直該光束，并且將準(zhǔn)直光束引導(dǎo)到像重整器172。像重整器具有反射表面312和316，每個(gè)反射表面312和316分別連接到安裝支架314和318，以固定到分光器100的外殼320。反射表面312和316可以是D形鏡，且反射表面312可豎直定向，其中平邊是與重整器輸出的重整光束最接近的邊緣，且反射表面316被定向?yàn)閺澾叧隆Ｓ蓧嚎s器170輸出的壓縮光束從反射表面312旁經(jīng)過，且該壓縮光束的一部分從反射表面316旁經(jīng)過，該壓縮光束的剰余部分反射離開反射表面312朝反射表面316返回。該壓縮光束的第一光束部分從這兩個(gè)反射表面旁經(jīng)過，從而形成由像重整器172輸出的重整光束的第一部分。該壓縮光束的剰余部分朝反射表面316反射返回，并在反射表面316與312之間來回反射，毎次所反射的壓縮光束的一部分從反射表面312旁經(jīng)過，從而形成重整光束的一個(gè)后續(xù)光束部分。重整光束的這些部分基本豎直堆疊且基本平行，且每個(gè)部分代表該壓縮光束的ー個(gè)分光部分。

圖3中所示的實(shí)施方案中的像重整器172形成了由兩個(gè)光束部分構(gòu)成的重整光束，這兩個(gè)部分基本平行且基本豎直堆疊，且每個(gè)部分代表從像壓縮器170輸出的壓縮光束的一部分。該壓縮光束的第一部分反射離開反射表面312并朝反射表面316返回,這部分接下來反射離開反射表面316并從反射表面316旁經(jīng)過，導(dǎo)致該重整光束具有兩個(gè)部分。技術(shù)人員會(huì)理解，通過增加在反射表面316與312之間來回反射的次數(shù)，可增加重整光束的部分的數(shù)量。在圖3中所示的實(shí)施方案中，像擴(kuò)張器174接收來自像重整器172的重整光束，并且產(chǎn)生擴(kuò)張的準(zhǔn)直輸出光束，所述擴(kuò)張的準(zhǔn)直輸出光束具有與導(dǎo)入分光器100的輸入光束相近的尺度。在圖3所示的實(shí)施方案中，像擴(kuò)張器174可由適當(dāng)?shù)耐哥R和/或鏡組成，以適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)張和校直重整光束。所得到的輸出光束當(dāng)穿過具有與用來產(chǎn)生準(zhǔn)直輸入光束的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的聚焦透鏡時(shí)被聚焦，以產(chǎn)生輸出光斑。該輸出光斑產(chǎn)生輸入光斑的像(如果輸入光束穿過相同的聚焦透鏡則會(huì)產(chǎn)生該輸入光斑)，所述像在水平方向上以分光器100的分光因子被壓縮且在豎直方向上以分光器100的分光因子被擴(kuò)張，同時(shí)維持與由輸入光束在穿過相同的聚焦透鏡時(shí)產(chǎn)生的輸入光斑相近的光強(qiáng)度。由圖3中所示的分光器100的輸出光束產(chǎn)生的輸出光斑在水平方向上被壓縮到二分之一且在豎直方向上被擴(kuò)張到二倍，圖3中所示的分光器100是分光因子為2的分光器。參見圖4，分光器100被示為具有像壓縮器170、像重整器172和像擴(kuò)張器174。在圖4所示的實(shí)施方案中，分光器100的分光因子為4。輸入光束102可以是基本準(zhǔn)直的，其可由校直透鏡或曲面鏡產(chǎn)生。輸入光束102被像壓縮器170接收，可輸出壓縮光束452。像壓縮器170具有柱凹面鏡(cylindrical concave mirror) 402,柱凹面鏡402反射輸入光束102以生成豎直會(huì)聚的光束450。還參見圖5A和5B，柱凹面鏡402可被安裝到安裝支架502，以固定到分光器100的基板480。在一些實(shí)施方案中，柱凹面鏡402可具有103. 360mm的焦距，且可被定位為相對于入射光束的路徑水平傾斜7. 3度且豎直傾斜0. 0度；然而，技術(shù)人員會(huì)理解，可使用其他焦距和定位來產(chǎn)生豎直會(huì)聚的光束450。豎直會(huì)聚的光束450可被柱凸面鏡(cylindrical convexmirror) 404接收,柱凸面鏡404校直豎直會(huì)聚的光束450，從而輸出壓縮光束452。還參見圖5A和5C，柱凸面鏡404可被安裝到安裝支架504，以固定到分光器100的基板480。在一些實(shí)施方案中，柱凸面鏡404可具有-25. 84mm的焦距，且可被定位為相對于入射光束的路徑水平傾斜7. 3度且豎直傾斜0. 0度；然而，技術(shù)人員會(huì)理解，可使用其他焦距和定位來產(chǎn)生壓縮光束452。在一些實(shí)施方案中，壓縮光束452如果穿過具有與用來產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的聚焦透鏡則產(chǎn)生壓縮器光斑，所述壓縮器光斑與由輸入源102穿過相同焦距的聚焦透鏡產(chǎn)生的輸入光斑相比在豎直方向上以所述分光因子被擴(kuò)張且具有相近的水平尺度?；仡檲D4，壓縮光束452被像重整器172接收，像重整器172輸出重整光束456，重 整光束456由部分456A、456B、456C和456D構(gòu)成，每個(gè)部分基本平行且基本豎直堆疊，且每個(gè)部分是壓縮光束452的ー個(gè)分光部分。還參見圖5A、 和5E，像重整器172可具有D形鏡406和410。D形鏡406可被安裝到安裝支架408，安裝支架408可被固定到支架420，支架420被固定到分光器100的基板480。D形鏡406可被豎直定向，使得在使用中平邊最接近重整光束456。當(dāng)壓縮光束452首次抵達(dá)D形鏡406吋，D形鏡406可被定位為相對于壓縮光束452的入射路徑水平傾斜2. 5度且豎直向下傾斜2. 7度。D形鏡410可被安裝到安裝支架412，安裝支架412可被固定到支架422，支架422被固定到分光器100的基板480。D形鏡410可被水平定向，使得在使用中平邊最接近重整光束456。當(dāng)壓縮光束452首次抵達(dá)D形鏡406吋，D形鏡410可被定位為相對于壓縮光束452的入射路徑水平傾斜2. 5度且豎直向上傾斜2. 7度。在一些實(shí)施方案中，D形鏡406和410可以是ThorlabsTM#BBDl-E02鏡。技術(shù)人員會(huì)理解，不同形狀的鏡或其他反射表面(包括凸形或凹形表面)可用于產(chǎn)生重整光束456，此外，可實(shí)施鏡或其他反射表面的替代定位來達(dá)成基本相近的結(jié)果。在使用中，壓縮光束452可越過(pass over)D形鏡410,且可到達(dá)D形鏡406的位置。在一些實(shí)施方案中，壓縮光束452的部分456A從D形鏡406旁經(jīng)過，而壓縮光束452的剩余部分在D形鏡406與D形鏡410之間來回反射，直到生成重整光束456 (由部分456A、456B、456C和456D構(gòu)成)。隨著每次來回反射，反射光束的一部分從D形鏡406旁經(jīng)過，以產(chǎn)生重整光束406的相應(yīng)一部分。例如，在部分456A從D形鏡406旁經(jīng)過之后，壓縮光束452的剰余部分反射離開D形鏡406，從而生成被朝D形鏡410處引導(dǎo)的第一反射光束。D形鏡410將所述第一反射光束朝D形鏡406反射返回，該反射的一部分從D形鏡406旁經(jīng)過，從而生成部分456B，該反射的剰余部分被引導(dǎo)返回D形鏡410處。部分456B位于部分456A下方,并且基本平行于部分456A且基本豎直堆疊。該反射的剰余部分在D形鏡406處被引導(dǎo)，從而生成后續(xù)反射部分，該后續(xù)反射部分被引導(dǎo)回到D形鏡410。該后續(xù)反射部分在所述第一反射部分的接觸位置下方的位置接觸D形鏡410。該后續(xù)反射部分反射離開D形鏡410，朝D形鏡406返回，一部分從D形鏡406旁經(jīng)過，從而生成部分456C，該反射光束的剰余部分接觸D形鏡406。部分456C位于部分456B下方，每個(gè)部分456A、456B和456C基本平行且基本豎直堆疊。
再一次，該反射的剰余部分在D形鏡406處被引導(dǎo)，生成又ー個(gè)反射部分，被引導(dǎo)回到D形鏡410。這又ー個(gè)反射部分在前一反射部分的接觸位置下方的位置接觸D形鏡410。這又ー個(gè)反射部分反射離開D形鏡410并從D形鏡406旁經(jīng)過，從而生成部分456D。部分456D位于部分456C下方，每個(gè)部分456A、456B、456C和456D基本平行且基本豎直堆疊，且每個(gè)部分是壓縮光束452的ー個(gè)分光部分。雖然圖4中所示的實(shí)施方案是生成四個(gè)光束部分的分光器，但技術(shù)人員會(huì)理解，通過增加在D形鏡406與410之間的來回反射的次數(shù)，可增加重整光束456的部分的數(shù)量。技術(shù)人員會(huì)理解，鏡402、404、414和416的焦距和尺寸可被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整以適應(yīng)這樣的修改。
回顧圖4，如果重整光束456穿過具有與用來產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的聚焦透鏡，則產(chǎn)生重整器光斑。所產(chǎn)生的重整器光斑產(chǎn)生輸入光束102的像，該像與由輸入光束102穿過相同的聚焦透鏡而產(chǎn)生的輸入光斑相比在豎直尺度上以分光因子被擴(kuò)張且具有相近的水平尺度，同時(shí)維持與該輸入光斑相近的光強(qiáng)度。重整光束456可被像擴(kuò)張器174接收，從而產(chǎn)生輸出光束156。像擴(kuò)張器174具有柱凸面鏡414和柱凹面鏡416。柱凸面鏡414接收并反射重整光束456，從而產(chǎn)生水平發(fā)散的重整光束458，重整光束458在柱凹面鏡416處被引導(dǎo)。柱凹面鏡416接收水平發(fā)散的重整光束458并基本校直水平發(fā)散的重整光束458，從而產(chǎn)生輸出光束156。還參見圖5A，輸出光束156穿過輸出孔520，輸出孔520可位于柱凸面鏡414下方且穿過安裝支架514。所得到的輸出光束156如果穿過具有與用來產(chǎn)生輸入光束102的校直透鏡或曲面鏡基本相同的焦距的聚焦透鏡則被聚焦，以產(chǎn)生輸出光斑。該輸出光斑產(chǎn)生輸入光斑的像(如果輸入光束102穿過相同的聚焦透鏡則會(huì)產(chǎn)生該輸入光斑)，但是該像在水平方向上以分光器100的分光因子被壓縮且在豎直方向上以分光器100的分光因子被擴(kuò)張，同時(shí)維持與該輸入光斑相近的光強(qiáng)度。還參見圖5A和5F，柱凸面鏡414可被固定到安裝支架514，以固定到分光器100的基板480。在一些實(shí)施方案中，安裝支架514可具有貫穿它的輸出孔520，其中在ー些實(shí)施方案中輸出孔520可位于柱凸面鏡414當(dāng)固定到安裝支架514時(shí)的位置下方。在ー些實(shí)施方案中，柱凸面鏡414可具有-25. 84mm的焦距，且可被定位為相對于入射光束的路徑水平傾斜0. 0度且豎直向下傾斜6. 3度；然而，技術(shù)人員會(huì)理解，其他焦距和定位也可被用于產(chǎn)生水平發(fā)散的重整光束458。還參見圖5A和5G，柱凹面鏡414可被安裝到安裝支架516，以固定到分光器100的基板480。在一些實(shí)施方案中，基板480內(nèi)可具有穴(indent)，該穴可容納安裝支架516的一部分，以使得凹面鏡416的一部分可安置在基板480的表面下方。在一些實(shí)施方案中，柱凹面鏡416可具有103. 360mm的焦距，且可被定位為相對于入射光束的路徑水平傾斜0. 0度且豎直向上傾斜6. 3度；然而，技術(shù)人員會(huì)理解，其他焦距和定位也可被于產(chǎn)生輸出光束156。參見圖5H,分光器100可被固定到基板480的殼罩486覆蓋，以保護(hù)分光器100的內(nèi)部元件例如免受灰塵和其他顆粒。殼罩486可具有用于接收輸入光束的輸入孔482，還可具有用于從分光器100輸出輸出光束的輸出孔484。在此處描述的分光器的一些實(shí)施方案中，可串聯(lián)放置第二分光器，其中來自第一分光器的輸出光束156可以是進(jìn)入第二分光器的輸入光束102。在這樣的實(shí)施方案中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)分光因子可以是倍乘的，例如，通過串聯(lián)組合兩個(gè)分光因子為4的分光器，可傾向于得到為16的總分光因子。雖然本發(fā)明可用于任何傾向于使用光作為輸入的裝置，此處描述的分光器的用途的一個(gè)實(shí)例可以是在攝譜學(xué)領(lǐng)域中。一般的攝譜儀是這樣的裝置，其將光色散以使得光的強(qiáng)度值作為波長的函數(shù)可被記錄在探測器上。對于要求更高光譜分辨率的讀數(shù)，需要與光譜分辨率有直接關(guān)系的更窄的縫，而通常窄縫將導(dǎo)致一般的分光計(jì)裝置收到的光強(qiáng)度降低。將分光器放在一般的攝譜儀裝置的輸入前方可傾向于使得進(jìn)入該一般的攝譜儀裝置的輸入在縫的區(qū)域上具有比沒有分光器的縫更高(以分光因子為倍數(shù))的光強(qiáng)度值，從而傾向于提供更高的光譜分辨率而不犧牲光信號(hào)強(qiáng)度。攝譜學(xué)的一個(gè)分支是干涉攝譜學(xué)；干涉攝譜學(xué)的限定特征在于，所使用的色散元件不是光柵或棱鏡。而是，色散以其他方式達(dá)成，例如通過對兩個(gè)干涉光束產(chǎn)生的圖案進(jìn)行傅里葉變換。該分光器不僅增加了輸出的亮度，而且允許在干涉條紋的對比度以及信噪比方面做出大改善。

分光器可被用在OCT的一個(gè)被稱為傅里葉域OCT(FD-OCT)的分支中，更具體地用在FD-OCT的一個(gè)被稱為譜域OCT(SD-OCT)的具體實(shí)施方式
中。SD-OCT儀器是ー種干涉攝譜儀，其帶有用于記錄信號(hào)的色散攝譜儀。分光器可被包括在該色散攝譜儀的輸入處，在準(zhǔn)直光束路徑中恰好在色散光束元件之前。干涉攝譜學(xué)的屬于醫(yī)學(xué)成像的又ー個(gè)分支是光學(xué)相干斷層掃描(OCT)技術(shù)，這是ー種使用干涉攝譜儀來產(chǎn)生像的技術(shù)。分光器會(huì)改善OCT裝置的處理量(throughput)以及條紋對比度；從而該分光器可改善OCT系統(tǒng)可行的深度滲透(depth penetration),從而加速成像并增加所拍攝的像的值。分光器可被包括在OCT裝置的輸入處。該分光器的又一個(gè)應(yīng)用是在微型攝譜學(xué)領(lǐng)域中，尤其屬于拉曼攝譜學(xué)。當(dāng)前的拉曼攝譜儀已被實(shí)施成微型化到手持規(guī)模。由于該分光器可被用來増加任何以光作為輸入源的系統(tǒng)的處理量，該分光器的一個(gè)微型化實(shí)施方案可結(jié)合微型化攝譜儀(例如拉曼攝譜儀)來使用，以增加光譜分辨率、增加輸出信號(hào)強(qiáng)度以及減少掃描時(shí)間。分光器可被包括在拉曼攝譜儀的輸入處。已經(jīng)針對具體實(shí)施方案描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明了，在不脫離此處描述的本發(fā)明的范圍的前提下，可做出許多變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于生成輸出光斑的分光器，包括 像壓縮器，所述像壓縮器接收基本準(zhǔn)直的輸入光束并壓縮該光束，其中所述輸入光束如果穿過聚焦透鏡則產(chǎn)生輸入光斑； 像重整器，所述像重整器接收壓縮光束以將該光束重整成所述壓縮光束的多個(gè)分光部分，并且將這些部分基本彼此平行地豎直堆疊；以及 像擴(kuò)張器，所述像擴(kuò)張器擴(kuò)張重整光束以產(chǎn)生準(zhǔn)直的輸出光束，所述輸出光束如果穿過所述聚焦透鏡則產(chǎn)生所述輸出光斑，所述輸出光斑相對于所述輸入光斑在第一維度上被擴(kuò)張且在第二維度上被壓縮。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的分光器，其中所述壓縮光束相對于所述輸入光束在豎直方向上被壓縮且在水平方向上基本相近。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分光器，其中所述輸出光束相對于所述重整光束在水平方向上被擴(kuò)張且具有與所述輸入光束基本相近的尺度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分光器，其中所述壓縮光束的分光部分的數(shù)量等于分光因子η。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分光器，其中所述輸出光斑在豎直方向上以所述因子η被擴(kuò)張且在水平方向上以所述因子η被壓縮。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分光器，其中所述像壓縮器包括凸透鏡和凹透鏡，其中所述凸透鏡接收所述輸入光束并產(chǎn)生會(huì)聚光束，并且所述壓縮光束是由所述會(huì)聚光束穿過校直透鏡而產(chǎn)生的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分光器，其中所述像壓縮器包括凹反射表面和凸反射表面，其中所述凹反射表面接收所述輸入光束并產(chǎn)生會(huì)聚光束，并且所述壓縮光束是由所述會(huì)聚光束反射離開所述凹反射表面而形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分光器，其中所述像重整器包括至少兩個(gè)反射表面，其中所述至少兩個(gè)反射表面中的一個(gè)反射表面接收所述壓縮光束的一部分，并且將該部分在所述至少兩個(gè)反射表面之間來回進(jìn)行至少一次反射，并且其中每個(gè)分光部分是由所述壓縮光束的第二部分在所述至少一次反射中的每一次反射之后從所述至少兩個(gè)反射表面旁經(jīng)過而形成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分光器，其中所述像擴(kuò)張器包括凹透鏡和凸透鏡，并且其中所述凹透鏡接收所述重整光束并產(chǎn)生發(fā)散光束，并且所述輸出光束是由所述發(fā)散光束穿過所述凸透鏡而產(chǎn)生的。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分光器，其中所述像擴(kuò)張器包括凸反射表面和凹反射表面，并且其中所述凸反射表面接收所述重整光束并產(chǎn)生發(fā)散光束，并且所述輸出光束是由所述發(fā)散光束反射離開所述凹反射表面而形成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分光器，其中所述輸出光斑具有與所述輸入光斑基本相同的光強(qiáng)度。
12.—種攝譜儀，包括根據(jù)權(quán)利要求I到11中任一項(xiàng)所述的分光器，其中所述分光器位于所述攝譜儀的光學(xué)輸入縫的上游，以引導(dǎo)所述輸出光斑穿過所述光學(xué)輸入縫。
13.—種生成輸出光斑的方法，包括 壓縮準(zhǔn)直的輸入光束，其中所述輸入光束如果穿過聚焦透鏡則產(chǎn)生輸入光斑；將壓縮光束重整成基本豎直堆疊且基本彼此平行的多個(gè)分光部分；以及擴(kuò)張重整光束，以產(chǎn)生準(zhǔn)直的輸出光束，所述輸出光束當(dāng)穿過所述聚焦透鏡時(shí)產(chǎn)生所述輸出光斑，所述輸出光斑相對于所述輸入光斑在第一維度上被擴(kuò)張且在第二維度上被壓縮。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述壓縮光束相對于所述輸入光束在豎直方向上被壓縮且在水平方向上基本相近。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述輸出光束相對于所述重整光束在水平方向上被擴(kuò)張且具有與所述輸入光束基本相近的尺度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中分光部分的數(shù)量等于分光因子η。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述輸出光斑在豎直方向上以所述因子η被擴(kuò)張且在水平方向上以所述因子η被壓縮。
全文摘要
用于生成輸出光斑的分光器，包括像壓縮器，所述像壓縮器接收基本準(zhǔn)直的輸入光束并壓縮該光束，其中所述輸入光束如果穿過聚焦透鏡則產(chǎn)生輸入光斑；像重整器，所述像重整器接收壓縮光束以將該光束重整成所述壓縮光束的多個(gè)分光部分，并且將所述多個(gè)部分基本彼此平行地豎直堆疊；以及像擴(kuò)張器，所述像擴(kuò)張器擴(kuò)張重整光束，以產(chǎn)生準(zhǔn)直的輸出光束，所述輸出光束如果穿過所述聚焦透鏡則產(chǎn)生所述輸出光斑，所述輸出光斑相對于所述輸入光斑在第一維度上被擴(kuò)張且在第二維度上被壓縮。
文檔編號(hào)G02B27/09GK102792210SQ201080054248
公開日2012年11月21日 申請日期2010年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月1日
發(fā)明者A·R·哈吉安, A·T·岑科, B·B·貝爾, J·T·米德 申請人:龍卷風(fēng)醫(yī)療系統(tǒng)有限公司