一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明揭示了一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，包括在同一光路上依次設(shè)置的準(zhǔn)直透鏡、棱鏡對(duì)、光束位移塊和柱面鏡。本發(fā)明的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了光束整形，得到的快、慢軸方向的光斑經(jīng)匯聚透鏡匯聚后的尺寸比例大于1∶5，同時(shí)將光束本身的像散和由棱鏡對(duì)產(chǎn)生的像散消除，具有整形后光束質(zhì)量高，提高儀器的信噪比，同時(shí)安裝、制作時(shí)易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體激光器光束整形【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光源及其光學(xué)系統(tǒng)是流式細(xì)胞儀的核心部分，光源的質(zhì)量直接決定了儀器的性能指標(biāo)。激光能提供單波長(zhǎng)、高強(qiáng)度及穩(wěn)定性高的光照，是細(xì)胞微弱熒光快速分析的理想光源。一般流式細(xì)胞儀分選速度大于5000個(gè)/秒，以保證被分選細(xì)胞的生物學(xué)活性不受影響。由于細(xì)胞的快速流動(dòng)，每個(gè)細(xì)胞經(jīng)過(guò)光照區(qū)的時(shí)間僅為一微秒左右，每個(gè)細(xì)胞所攜帶熒光物質(zhì)被激發(fā)出的熒光信號(hào)強(qiáng)弱，與被照射的時(shí)間和激發(fā)光的強(qiáng)度有關(guān)，因此，必須保證細(xì)胞達(dá)到足夠的光照強(qiáng)度。激光光束在到達(dá)流動(dòng)室前，先經(jīng)過(guò)透鏡將其聚焦，形成幾何尺寸約為15X 75 μ m的橢圓形高斯光束。
[0003]為保證流式細(xì)胞儀的分辨率(通常用變異系數(shù)CV值來(lái)表示)，必須保證樣品中細(xì)胞是逐個(gè)分別受到光照，并且光照強(qiáng)度一致。由于激光光源是呈高斯分布的，則要求照射到細(xì)胞上的光斑形狀是均勻的高斯光束，且恰好位于高斯光束的頂點(diǎn)位置。滿足該條件的最理想的做法是分別將激光的快軸、慢軸經(jīng)聚焦透鏡后恰好聚焦于細(xì)胞中心，以保證光照能量以及光照的均勻性，并保證激光能量分布峰值位于細(xì)胞中心，且光束形狀是理想高斯分布。
[0004]對(duì)于激光二極管，其快軸與慢軸的發(fā)散角通常是2: 1，需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的高放大倍率的光學(xué)系統(tǒng)才能將光斑整型為5: 1。在國(guó)內(nèi)外大型的流式細(xì)胞儀中，通常采用棱鏡對(duì)或柱面透鏡的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且為達(dá)到5: I的橢圓比，通常將快軸光斑聚焦于流式細(xì)胞管中心，而慢軸焦點(diǎn)位于流式細(xì)胞管后方，即慢軸處于離焦?fàn)顟B(tài)應(yīng)用，快軸與慢軸的聚焦位置不同。該方法的弊端是慢軸處于離焦?fàn)顟B(tài)，其高斯光束的均勻性不能保證，而且一旦光束指向性出現(xiàn)偏移，勢(shì)必導(dǎo)致照射細(xì)胞上的光強(qiáng)發(fā)生突變。因此當(dāng)激光器的指向性受外界環(huán)境變化而出現(xiàn)很小的變化時(shí)，系統(tǒng)的CV信號(hào)必然下降，影響儀器的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，克服現(xiàn)有流失細(xì)胞儀中慢軸方向無(wú)法在焦平面使用而導(dǎo)致高斯光束不均勻引起的一系列問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的目的將通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn):
一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，包括在同一光路上依次設(shè)置的準(zhǔn)直透鏡、棱鏡對(duì)、光束位移塊和柱面鏡，所述柱面鏡同時(shí)將光束本身的像散和由所述棱鏡對(duì)產(chǎn)生的像散消除；當(dāng)所述棱鏡對(duì)對(duì)光斑壓縮時(shí)，所述柱面鏡具有正的光焦度，當(dāng)所述棱鏡對(duì)對(duì)光斑擴(kuò)束時(shí)，所述柱面鏡具有負(fù)的光焦度。
[0007]優(yōu)選的，上述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其中:所述準(zhǔn)直透鏡具有正的光焦度，有效焦距為2mm-5mm。[0008]優(yōu)選的，上述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其中:所述準(zhǔn)直透鏡和所述棱鏡對(duì)之間設(shè)有望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。
[0009]優(yōu)選的，上述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其中:所述望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)包括負(fù)透鏡和正透鏡。
[0010]優(yōu)選的，上述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其中:所述望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)對(duì)輸入的經(jīng)過(guò)所述準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直得到的橢圓光束快軸、慢軸兩個(gè)方向的光斑同時(shí)擴(kuò)束或縮束，使快軸方向的光斑準(zhǔn)直輸出，所述快軸方向的光斑大小在;所述棱鏡對(duì)將慢軸方向的光斑擴(kuò)束或縮束，使慢軸方向的光斑大小在0.8mm-2mm,使慢軸方向的光斑沿光軸方向準(zhǔn)直輸出。
[0011]優(yōu)選的，上述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其中:所述光束位移塊為立方體。
[0012]優(yōu)選的，上述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其中:所述光束位移塊的通光面為拋光的亮面，其余面均為毛面。
[0013]優(yōu)選的，上述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其中:所述光束位移塊的通光面的前表面未鍍膜，后表面鍍有增透膜。
[0014]優(yōu)選的，上述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其中:所述光束位移塊的通光面與光軸成45度角，所述前表面反射部分光用于信號(hào)反饋，使光能量以恒定功率輸出。
[0015]優(yōu)選的，上述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其中:所述柱面鏡之后還包括匯聚透鏡，所述匯聚透鏡為具有正光焦度的雙膠合透鏡。
[0016]本發(fā)明的突出效果為:本發(fā)明的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了光束整形，得到的快、慢軸方向的光斑經(jīng)匯聚透鏡匯聚后的尺寸比例大于I: 5，同時(shí)將光束本身的像散和由棱鏡對(duì)產(chǎn)生的像散消除，具有整形后光束質(zhì)量高，提高儀器的信噪比，同時(shí)安裝、制作時(shí)易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。
[0017]以下便結(jié)合實(shí)施例附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解、掌握。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)后的光斑大小分布圖；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的經(jīng)過(guò)棱鏡對(duì)后的光斑大小分布圖；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例的經(jīng)過(guò)匯聚透鏡后的光斑大小分布圖；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例的有無(wú)柱面補(bǔ)償透鏡時(shí)的慢軸方向光斑大小分布圖；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)柱面補(bǔ)償透鏡時(shí)的慢軸方向光斑形狀圖；
圖7是本發(fā)明實(shí)施例的有柱面補(bǔ)償透鏡時(shí)的慢軸方向光斑形狀圖；
圖8是本發(fā)明實(shí)施例的有柱面補(bǔ)償透鏡消像散后的光斑大小分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例:本實(shí)施例的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，如圖1所示，包括在同一光路上依次設(shè)置的準(zhǔn)直透鏡1、望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)、棱鏡對(duì)4、光束位移塊5、柱面鏡6和匯聚透鏡
7。其中，準(zhǔn)直透鏡I具有正的光焦度，有效焦距為2mm-5mm。光束經(jīng)準(zhǔn)直透鏡I準(zhǔn)直后，再經(jīng)過(guò)放大倍率約為2倍左右的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)包括具有負(fù)光焦度的負(fù)透鏡2和具有正光焦度的正透鏡3，且兩者的光焦度比約為1: 2，以此得到慢軸方向的光斑大小約為
1.9mm,快軸方向的光斑大小約為5.2mm的準(zhǔn)直光,光斑大小分布如圖2所不。經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)擴(kuò)束的準(zhǔn)直光再經(jīng)過(guò)安裝在水平方向的棱鏡對(duì)4后，將慢軸方向的光斑壓縮至0.9mm左右，并使光路在水平方向出現(xiàn)平移，此平移量由光束位移塊5補(bǔ)償。光束位移塊5為立方體，其厚度由棱鏡對(duì)的縮放比例決定。光束位移塊5的通光面為拋光的亮面，其余面均為毛面。光束位移塊5的通光面的前表面未鍍膜，后表面鍍有增透膜。光束位移塊5的通光面與光軸成45度角，前表面反射部分光用于信號(hào)反饋，使光能量以恒定功率輸出。匯聚透鏡7為具有正光焦度的雙膠合透鏡。
[0020]光束經(jīng)過(guò)棱鏡對(duì)4后，慢軸方向和快軸方向的光束發(fā)散角分別為:1.02mrad和
0.0Smrad，如圖3所示。由于光束的快軸與慢軸的發(fā)散角不同是引起光束像散的根本原因，并導(dǎo)致光束在傳播過(guò)程中光強(qiáng)分布會(huì)發(fā)生變化。因此，具有不同發(fā)散角的光再經(jīng)過(guò)匯聚透鏡7后，會(huì)產(chǎn)生3.5_左右的像散，如圖4所示。光束在經(jīng)過(guò)棱鏡對(duì)4和光束位移塊5后，進(jìn)入柱面鏡6，柱面鏡6的焦距為I米，則經(jīng)過(guò)柱面鏡6后的光斑大小如圖5所示，其慢軸方向的發(fā)散角由1.02mrad變?yōu)?.075mrad，與快軸方向發(fā)散角接近，進(jìn)而消除慢軸和快軸方向的像散。此時(shí)經(jīng)過(guò)匯聚透鏡7后的像散情況如圖8所示。圖6和圖7分別是有無(wú)柱面鏡6時(shí)光斑形狀圖，可以發(fā)現(xiàn)，加入柱面鏡6后，慢軸方向光斑形狀大大改善。經(jīng)補(bǔ)償后的光再經(jīng)過(guò)匯聚透鏡7后，得到慢軸方向光斑大小為75微米，快軸方向光斑大小為15微米左右的匯聚光斑。
[0021]本實(shí)施例的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了光束整形，得到的快、慢軸方向的光斑經(jīng)匯聚透鏡7匯聚后的尺寸比例大于1: 5，同時(shí)將光束本身的像散和由棱鏡對(duì)4產(chǎn)生的像散消除，具有整形后光束質(zhì)量高，提高儀器的信噪比，同時(shí)安裝、制作時(shí)易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。
[0022]本發(fā)明尚有多種實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其特征在于:包括在同一光路上依次設(shè)置的準(zhǔn)直透鏡、棱鏡對(duì)、光束位移塊和柱面鏡，所述柱面鏡同時(shí)將光束本身的像散和由所述棱鏡對(duì)產(chǎn)生的像散消除；當(dāng)所述棱鏡對(duì)對(duì)光斑壓縮時(shí)，所述柱面鏡具有正的光焦度，當(dāng)所述棱鏡對(duì)對(duì)光斑擴(kuò)束時(shí)，所述柱面鏡具有負(fù)的光焦度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其特征在于:所述準(zhǔn)直透鏡具有正的光焦度，有效焦距為2mm-5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其特征在于:所述準(zhǔn)直透鏡和所述棱鏡對(duì)之間設(shè)有望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其特征在于:所述望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)包括負(fù)透鏡和正透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其特征在于:所述望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)對(duì)輸入的經(jīng)過(guò)所述準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直得到的橢圓光束快軸、慢軸兩個(gè)方向的光斑同時(shí)擴(kuò)束或縮束，使快軸方向的光斑準(zhǔn)直輸出，所述快軸方向的光斑大小在;所述棱鏡對(duì)將慢軸方向的光斑擴(kuò)束或縮束，使慢軸方向的光斑大小在0.8mm-2mm,使慢軸方向的光斑沿光軸方向準(zhǔn)直輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其特征在于:所述光束位移塊為立方體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其特征在于:所述光束位移塊的通光面為拋光的亮面，其余面均為毛面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其特征在于:所述光束位移塊的通光面的前表面未鍍膜，后表面鍍有增透膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其特征在于:所述光束位移塊的通光面與光軸成45度角，所述前表面反射部分光用于信號(hào)反饋,使光能量以恒定功率輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于棱鏡對(duì)和柱面鏡的消像散光束整形系統(tǒng)，其特征在于:所述柱面鏡之后還包括匯聚透鏡，所述匯聚透鏡為具有正光焦度的雙膠合透鏡。
【文檔編號(hào)】G02B27/09GK103885186SQ201410075869
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】方慧, 季朝華, 羅寧一 申請(qǐng)人:維林光電(蘇州)有限公司