一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法和裝置，其能使儀器的結構和調整得到精簡和優(yōu)化，成本大幅度降低，同時也把激發(fā)激光能量的損耗降低到最低程度，提高待測細胞的光學信號強度。一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法，其特征在于：若干個激光器激發(fā)的不同波長的激發(fā)激光經色散聚焦裝置逆向色散、聚焦后形成一混合波長的單一光束。
【專利說明】一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法和裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于醫(yī)療檢測儀器類流式細胞儀，特別涉及一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法和裝置。

【背景技術】
[0002]流式細胞儀的的多波長激發(fā)激光的發(fā)生裝置包括多支不同波長的激光器，各個激光器之間平行排列、并朝一個方向平行但分散的發(fā)射不同波長的激光束，不同波長的激光經光束集束裝置整合為混合波長的單一光束，傳統(tǒng)的光束集束裝置是由多個濾光片、分光器和聚焦透鏡組成，結構復雜、調試困難，激發(fā)激光能量損耗大；并且傳統(tǒng)流式細胞儀中，粒子一個個通過光束匯聚的探測敏感區(qū)域，由于流體聚焦的波動性，細胞粒子不可能精確沿流式細胞盒微通道的中心軸通過，一般有±5 μπι相對于微通道的中心軸線的偏差，同時，傳統(tǒng)的光束集束裝置得到的聚焦光斑具有高斯光束能量分布輪廓，位于聚焦光斑的輪廓內、不同位置與細胞粒子相互作用的激光強度并不是一個常量，導致同類細胞位產生的光學信號并不相同，檢測精度較低；并且，光束匯聚位于流式細胞盒微通道的光斑直徑小于微通道的軸向距離，即探測敏感區(qū)為微通道的軸向特定的一小段，細胞與激光作用時間短，受到探測器對光信號響應時間的限制，探測器對部分時間寬度較窄的光信號無法準確探測，檢測精度低。


【發(fā)明內容】

[0003]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法和裝置，其能使儀器的結構和調整得到精簡和優(yōu)化，成本大幅度降低，同時也把激發(fā)激光能量的損耗降低到最低程度，提高待測細胞的光學信號強度。
[0004]一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法，其特征在于:若干個激光器激發(fā)的不同波長的激發(fā)激光經色散聚焦裝置逆向色散、聚焦后形成一混合波長的單一光束。
[0005]其進一步特征在于:
所述色散聚焦裝置為凹面光柵，若干個具有不同波長的激光器的激發(fā)激光經所述凹面光柵逆向散射、聚焦于出射狹縫；
所述色散聚焦裝置由色散裝置和聚焦裝置組成，所述色散裝置為平面光柵，所述聚焦裝置包括準直鏡和聚焦鏡，若干個所述激光器的激發(fā)的不同波長的激光經所述準直鏡準直后以平行光入射到所述平面光柵的刻畫面，經所述平面光柵衍射后匯成混合波長光、再由所述聚焦鏡聚焦于所述出射狹縫，所述準直鏡和所述聚焦鏡為曲面反射鏡；
經出射狹縫射出的混合波長的單一光束通過SMA光纖接頭耦合進入多模光纖，使得由多模光纖輸出的混合波長的單一光束具有平頂光斑的光束能量分布輪廓；
經出射狹縫射出的混合波長的單一光束通過SMA光纖接頭耦合進入多模光纖，使得由多模光纖輸出的混合波長的單一光束具有平頂光斑的光束能量分布輪廓；
位于所述出射狹縫與所述SMA光纖接頭之間設有柱面透鏡二，所述柱面透鏡二設有兩塊，經過出射狹縫的混合波長的單一光束經所述柱面透鏡二擴增后光束尺寸達到120 μ m ?200 μ m。
[0006]本發(fā)明還提供了一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束裝置，其特征在于:其包括色散聚焦裝置，所述色散聚焦裝置為凹面光柵，若干激光器激發(fā)的不同波長的激光通過所述凹面光柵逆向色散成單束混合光并聚焦至出射狹縫。
[0007]其進一步特征在于:
位于各所述激光器的入射點和所述凹面光柵之間設有一柱面透鏡一，各個不同波長的激發(fā)激光經柱面透鏡一擴散、并布滿所述光柵的刻畫面；
若干個具有不同波長的激光器的入射點、所述凹面光柵的刻畫面和出射狹縫位于同一圓周上，由各個所述激光器激發(fā)的不同波長的激發(fā)激光經所述凹面光柵逆向色散、聚焦于所述出射狹縫；
所述凹面光柵為消相差非球面平場全息凹面光柵；
所述色散聚焦裝置由色散裝置和聚焦裝置組成，所述色散裝置為平面光柵，所述聚焦裝置包括準直鏡和聚焦鏡，若干個所述激光器的激發(fā)的不同波長的激光經所述準直鏡準直后以平行光入射到所述平面光柵的刻畫面，經所述平面光柵衍射后匯成混合波長光、再由所述聚焦鏡聚焦于所述出射狹縫，所述準直鏡和所述聚焦鏡為曲面反射鏡。
[0008]其更進一步特征在于:
位于所述出射狹縫外側設有一平頂激光整形裝置，所述平頂激光整形裝置包括多模光纖和SMA光纖接頭，所述多模光纖的激光輸入端連接有所述SMA光纖接頭；
位于所述出射狹縫與所述SMA光纖接頭之間設有柱面透鏡二，所述柱面透鏡二設有兩塊，所述出射狹縫的狹縫中心、兩塊所述柱面透鏡二的中心和所述多模光纖的中心呈四點一線分布，經過所述出射狹縫的混合波長的單一光束經所述柱面透鏡二擴增后光束尺寸達至Ij 120 μ m ~ 200 μ m ；
所述凹面光柵為消相差非球面平場全息凹面光柵；
所述平面光柵為閃耀光柵；
由多模光纖輸出端的激光束在焦點處的光腰大小略小于激光與細胞或粒子相互作用區(qū)的沿激光傳播的前進方向上的橫截面，而激光束在焦點處的瑞利范圍Rayleigh Range則大于幾個激光與細胞或粒子相互作用區(qū)沿激光轉播的前進方向上的長度；
所述激光器可以是下列任一種或幾種:液體激光器，氣體激光器，如He-Ne激光器，Ar離子激光器，半導體激光器，光纖藕合半導體激光器，固體激光器，光纖藕合固體激光器，半導體激光泵浦固體激光器，可調諧激光器，光纖激光器。
[0009]采用本發(fā)明的裝置后，其有益效果在于:不同波長的激光器發(fā)出的激發(fā)激光經色散聚焦裝置逆向色散、聚焦后即能集束為一混合各個所需波長的的單一光束，色散聚焦裝置由單一的凹面光柵構成，亦或由平面光柵、準直鏡和聚焦鏡構成，摒棄了原有的多個濾光片和分光器組合的復雜結構，集束裝置的結構得到精簡和優(yōu)化，并且凹面發(fā)射光柵可減少吸收現象，只存在光柵面一次反射的光損失，無色差，把激發(fā)激光能量的損耗降低到最低程度，混合波長的單一光束激光強度高，細胞反饋的光學信號強；平面光柵光學成像系統(tǒng)能減小像差，并且結構緊湊，實現裝置小型化；同時，一方面，經過出射狹縫的混合波長的單一光束經所述柱面透鏡二擴增后光束尺寸達到120 μ m?200 μ m，降低細胞檢測區(qū)的激光光強的變化波動，提高了檢測精度，另一方面，混合波長的單一光束經柱面透鏡整形后由SMA接頭耦合進入多模光纖，由于SMA接口的對準精度不高，使從多模光纖的輸出光具有平頂光斑的光束能量分布輪廓，進一步提高了檢測精度；此外，消相差非球面平場全息凹面光柵一方面可消除部分球差，提高分辨率，另一方面由于該種光柵的相對孔徑較大，提高了對光的收集本領，可使儀器的結構更為緊湊，以實現儀器的小型化；由多模光纖輸出端的激光束在焦點處的光腰大小略小于激光與細胞或粒子相互作用區(qū)的沿激光傳播的前進方向上的橫截面，而激光束在焦點處的瑞利范圍Rayleigh Range則大于幾個激光與細胞或粒子相互作用區(qū)沿激光轉播的前進方向上的長度，即將整個流式細胞儀的微通孔為探測敏感區(qū)，細胞與激光作用的時間長，探測到的光信號的時間寬度相應增寬，達到探測器對光信號響應時間的要求，提高了檢測的精密度。
[0010]說明書附圖
圖1為本發(fā)明裝置一實施例的示意圖；
圖2為圖1中凹面光棚的光路7]^意圖；
圖3為本發(fā)明的色散聚焦裝置的另一實施例的光路示意圖；
圖4為經SMA接頭耦合進入多模光纖的激發(fā)激光的光束輪廓分析圖。

【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明方法的一個實施例，一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法，若干個激光器激發(fā)的不同波長的激發(fā)激光經色散聚焦裝置逆向色散、聚焦后形成一混合波長的單一光束；色散聚焦裝置為凹面光柵，若干個具有不同波長的激光器的激發(fā)激光經凹面光柵逆向散射、聚焦于出射狹縫；經出射狹縫射出的混合波長的單一光束通過SMA光纖接頭耦合進入多模光纖，使得由多模光纖輸出的混合波長的單一光束具有平頂光斑的光束能量分布輪廓；經出射狹縫射出的混合波長的單一光束通過SMA光纖接頭耦合進入多模光纖，使得由多模光纖輸出的混合波長的單一光束具有平頂光斑的光束能量分布輪廓；位于出射狹縫與SMA光纖接頭之間設有柱面透鏡二，柱面透鏡二設有兩塊，經過出射狹縫的混合波長的單一光束經柱面透鏡二擴增后光束尺寸達到120 μ m?200 μ m。
[0012]本發(fā)明方法的另一個實施例，一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法，若干個激光器激發(fā)的不同波長的激發(fā)激光經色散聚焦裝置逆向色散、聚焦后形成一混合波長的單一光束；色散聚焦裝置由色散裝置和聚焦裝置組成，色散裝置為平面光柵，聚焦裝置包括準直鏡和聚焦鏡，若干個激光器的激發(fā)的不同波長的激光經準直鏡準直后以平行光入射到平面光柵的刻畫面，經平面光柵衍射后匯成混合波長光、再由聚焦鏡聚焦于出射狹縫，準直鏡和聚焦鏡為曲面反射鏡；經出射狹縫射出的混合波長的單一光束通過SMA光纖接頭耦合進入多模光纖，使得由多模光纖輸出的混合波長的單一光束具有平頂光斑的光束能量分布輪廓；經出射狹縫射出的混合波長的單一光束通過SMA光纖接頭耦合進入多模光纖，使得由多模光纖輸出的混合波長的單一光束具有平頂光斑的光束能量分布輪廓；位于出射狹縫與SMA光纖接頭之間設有柱面透鏡二，柱面透鏡二設有兩塊，經過出射狹縫的混合波長的單一光束經柱面透鏡二擴增后光束尺寸達到120 μ m?200 μ m。
[0013]圖1和圖2表示本發(fā)明裝置的一個實施例，一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束裝置，其包括色散聚焦裝置，色散聚焦裝置為凹面光柵1，若干激光器3、4、5激發(fā)的不同波長的激光通過凹面光柵I逆向色散成單束混合光并聚焦至出射狹縫6 ;位于各激光器的入射點11、12、13和凹面光柵I之間設有一柱面透鏡一，各個不同波長的激發(fā)激光經柱面透鏡一擴散、并布滿光柵的刻畫面8 ;若干個具有不同波長的激光器3、4、5的入射點11、12、13、凹面光柵I的刻畫面8和出射狹縫6位于同一圓周2上，由各個激光器激發(fā)的不同波長的激發(fā)激光經凹面光柵I逆向色散、聚焦于出射狹縫6 ;凹面光柵I為消相差非球面平場全息凹面光柵I ;位于出射狹縫6外側設有一平頂激光整形裝置，平頂激光整形裝置包括多模光纖10和SMA光纖接頭9，多模光纖10的激光輸入端連接有SMA光纖接頭9 ;位于出射狹縫6與SMA光纖接頭9之間設有柱面透鏡二 7，柱面透鏡二 7設有兩塊，出射狹縫6的狹縫中心、兩塊柱面透鏡二 7的中心和多模光纖10的中心呈四點一線分布，經過出射狹縫6的混合波長的單一光束經柱面透鏡二 7擴增后光束尺寸達到120 μ m?200 μ m ;凹面光柵I為消相差非球面平場全息凹面光柵I。
[0014]由多模光纖10輸出端的激光束在焦點處的光腰大小略小于激光與細胞或粒子相互作用區(qū)的沿激光傳播的前進方向上的橫截面，而激光束在焦點處的瑞利范圍RayleighRange則大于幾個激光與細胞或粒子相互作用區(qū)沿激光轉播的前進方向上的長度。
[0015]當使用庫爾特微孔的共軸平行照明方法時，激光傳播的前進方向與庫爾特微孔軸同軸，激光與細胞或粒子相互作用區(qū)為整個庫爾特微孔，聚焦激光束在焦點處的光腰大小略小于庫爾特微孔的直徑，當使用庫爾特微孔的共軸平行照明方法時，激光與粒子相互作用區(qū)為整個庫爾特微孔，聚焦激光束在焦點處的瑞利范圍Rayleigh Range則大于幾個庫爾特微孔的長度。
[0016]見圖4,激發(fā)激光經SMA接頭稱合進入多模光纖后,多模光纖輸出端的光束輪廓經光束輪廓掃描儀檢測具有平頂均勻光強分布。
[0017]作為激光傳輸載體的多模光纖可用導光管或光波管替換。
[0018]本發(fā)明裝置中色散聚焦裝置另一實施例，見圖3，色散聚焦裝置由色散裝置和聚焦裝置組成，色散裝置為平面光柵15，聚焦裝置包括準直鏡20和聚焦鏡19，若干個激光器的激發(fā)的不同波長的激光21、22、23經準直鏡20準直后以平行光入射到平面光柵15的刻畫面24，經平面光柵15衍射后匯成混合波長光、再由聚焦鏡19聚焦于出射狹縫14，準直鏡20和聚焦鏡19為曲面反射鏡，其中26為聚焦鏡19的聚焦反射面。
[0019]本發(fā)明的裝置及方法不僅可以用于流式細胞儀中，還可用于其他細胞、動物血細胞、其他微小粒子，及對材料有顆粒度及粒子內部成分有要求的各個工業(yè)領域，諸如食晶、制藥、化工、石化工業(yè)的檢測以及航空航天工業(yè)中可用來檢測燃料的純度等。
【權利要求】
1.一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法，其特征在于:若干個激光器激發(fā)的不同波長的激發(fā)激光經色散聚焦裝置逆向色散、聚焦后形成一混合波長的單一光束。
2.根據權利要求1所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法，其特征在于:所述色散聚焦裝置為凹面光柵，若干個具有不同波長的激光器的激發(fā)激光經所述凹面光柵逆向散射、聚焦于出射狹縫。
3.根據權利要求1所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法，其特征在于:所述色散聚焦裝置由色散裝置和聚焦裝置組成，所述色散裝置為平面光柵，所述聚焦裝置包括準直鏡和聚焦鏡，若干個所述激光器的激發(fā)的不同波長的激光經所述準直鏡準直后以平行光入射到所述平面光柵的刻畫面，經所述平面光柵衍射后匯成混合波長光、再由所述聚焦鏡聚焦于出射狹縫，所述準直鏡和所述聚焦鏡為曲面反射鏡。
4.根據權利要求2或3所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法，其特征在于:位于各個所述激光器和所述凹面光柵或所述平面光柵之間設有一柱面透鏡一，各個所述激光器激發(fā)的不同波長的激發(fā)激光經柱面透鏡一擴散并布滿所述凹面光柵或所述平面光柵的刻畫面。
5.根據權利要求4所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法，其特征在于:經出射狹縫射出的混合波長的單一光束通過SMA光纖接頭耦合進入多模光纖，使得由多模光纖輸出的混合波長的單一光束具有平頂光斑的光束能量分布輪廓。
6.根據權利要求5所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束方法，其特征在于:位于所述出射狹縫與所述SMA光纖接頭之間設有柱面透鏡二，所述柱面透鏡二設有兩塊，經過出射狹縫的混合波長的單一光束經所述柱面透鏡二擴增后光束尺寸達到120 μ m ?200 μ m。
7.一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束裝置，其特征在于:其包括色散聚焦裝置，所述色散聚焦裝置為凹面光柵，若干激光器激發(fā)的不同波長的激光通過所述凹面光柵逆向色散成單束混合光并聚焦至出射狹縫。
8.根據權利要求7所述的所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束裝置，其特征在于:位于各所述激光器的入射點和所述凹面光柵之間設有一柱面透鏡一、各個不同波長的激發(fā)激光經柱面透鏡一擴散、并布滿所述光柵的刻畫面。
9.根據權利要求8所述的所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束裝置，其特征在于:若干個具有不同波長的激光器的入射點、所述凹面光柵的刻畫面和出射狹縫位于同一圓周上，由各個所述激光器激發(fā)的不同波長的激發(fā)激光經所述凹面光柵逆向色散、聚焦于所述出射狹縫。
10.根據權利要求7或8或9所述的所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束裝置，其特征在于:所述凹面光柵為消相差非球面平場全息凹面光柵。
11.根據權利要求7所述的所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束裝置，其特征在于:所述色散聚焦裝置由色散裝置和聚焦裝置組成，所述色散裝置為平面光柵，所述聚焦裝置包括準直鏡和聚焦鏡，若干個所述激光器的激發(fā)的不同波長的激光經所述準直鏡準直后以平行光入射到所述平面光柵的刻畫面，經所述平面光柵衍射后匯成混合波長光、再由所述聚焦鏡聚焦于所述出射狹縫，所述準直鏡和所述聚焦鏡為曲面反射鏡。
12.根據權利要求11所述的所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束裝置，其特征在于:所述平面光柵為閃耀光柵。
13.根據權利要求7、8、9、11或12中任一所述的所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束裝置，其特征在于:位于所述出射狹縫外側設有一平頂激光整形裝置，所述平頂激光整形裝置包括多模光纖和SMA光纖接頭，所述多模光纖的激光輸入端連接有所述SMA光纖接頭。
14.根據權利要求13所述的所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束裝置，其特征在于:位于所述出射狹縫與所述SMA光纖接頭之間設有柱面透鏡二，所述柱面透鏡二設有兩塊，所述出射狹縫的狹縫中心、兩塊所述柱面透鏡二的中心和所述多模光纖的中心呈四點一線分布，經過所述出射狹縫的混合波長的單一光束經所述柱面透鏡二擴增后光束尺寸達至Ij 120 μ m?200 μ m。
15.根據權利要求14所述的所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束裝置，其特征在于:由多模光纖輸出端的激光束在焦點處的光腰大小略小于激光與細胞或粒子相互作用區(qū)的沿激光傳播的前進方向上的橫截面，而激光束在焦點處的瑞利范圍(RayleighRange )則大于幾個激光與細胞或粒子相互作用區(qū)沿激光轉播的前進方向上的長度。
16.根據權利要求7所述的所述的一種流式細胞儀的多波長激發(fā)激光的集束裝置，其特征在于:所述激光器可以是下列任一種或幾種:液體激光器，氣體激光器，如He-Ne激光器，Ar離子激光器,半導體激光器,光纖藕合半導體激光器,固體激光器，光纖藕合固體激光器，半導體激光泵浦固體激光器，可調諧激光器，光纖激光器。
【文檔編號】G02B27/10GK104252043SQ201310257547
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月26日 優(yōu)先權日:2013年6月26日
【發(fā)明者】孫璐倩, 龔圣愷, 龔維燕 申請人:無錫和瑞盛光電科技有限公司