一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統的制作方法
【專利摘要】本發明揭示了一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，包括在同一光路上依次設置的準直透鏡、棱鏡對、光束位移塊和柱面鏡。本發明的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，既實現了光束整形，得到的快、慢軸方向的光斑經匯聚透鏡匯聚后的尺寸比例大于1∶5，同時將光束本身的像散和由棱鏡對產生的像散消除，具有整形后光束質量高，提高儀器的信噪比，同時安裝、制作時易于調節等優點。
【專利說明】一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體激光器光束整形【技術領域】，尤其涉及一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統。
【背景技術】
[0002]光源及其光學系統是流式細胞儀的核心部分，光源的質量直接決定了儀器的性能指標。激光能提供單波長、高強度及穩定性高的光照，是細胞微弱熒光快速分析的理想光源。一般流式細胞儀分選速度大于5000個/秒，以保證被分選細胞的生物學活性不受影響。由于細胞的快速流動，每個細胞經過光照區的時間僅為一微秒左右，每個細胞所攜帶熒光物質被激發出的熒光信號強弱，與被照射的時間和激發光的強度有關，因此，必須保證細胞達到足夠的光照強度。激光光束在到達流動室前，先經過透鏡將其聚焦，形成幾何尺寸約為15X 75 μ m的橢圓形高斯光束。
[0003]為保證流式細胞儀的分辨率(通常用變異系數CV值來表示)，必須保證樣品中細胞是逐個分別受到光照，并且光照強度一致。由于激光光源是呈高斯分布的，則要求照射到細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、慢軸經聚焦透鏡后恰好聚焦于細胞中心，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胞中心，且光束形狀是理想高斯分布。
[0004]對于激光二極管，其快軸與慢軸的發散角通常是2: 1，需要經過復雜的高放大倍率的光學系統才能將光斑整型為5: 1。在國內外大型的流式細胞儀中，通常采用棱鏡對或柱面透鏡的方式來實現，而且為達到5: I的橢圓比，通常將快軸光斑聚焦于流式細胞管中心，而慢軸焦點位于流式細胞管后方，即慢軸處于離焦狀態應用，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狀態，其高斯光束的均勻性不能保證，而且一旦光束指向性出現偏移，勢必導致照射細胞上的光強發生突變。因此當激光器的指向性受外界環境變化而出現很小的變化時，系統的CV信號必然下降，影響儀器的性能。
【發明內容】
[0005]鑒于上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提出一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，克服現有流失細胞儀中慢軸方向無法在焦平面使用而導致高斯光束不均勻引起的一系列問題。
[0006]本發明的目的將通過以下技術方案得以實現:
一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，包括在同一光路上依次設置的準直透鏡、棱鏡對、光束位移塊和柱面鏡，所述柱面鏡同時將光束本身的像散和由所述棱鏡對產生的像散消除；當所述棱鏡對對光斑壓縮時，所述柱面鏡具有正的光焦度，當所述棱鏡對對光斑擴束時，所述柱面鏡具有負的光焦度。
[0007]優選的，上述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，其中:所述準直透鏡具有正的光焦度，有效焦距為2mm-5mm。[0008]優選的，上述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，其中:所述準直透鏡和所述棱鏡對之間設有望遠鏡系統。
[0009]優選的，上述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，其中:所述望遠鏡系統包括負透鏡和正透鏡。
[0010]優選的，上述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，其中:所述望遠鏡系統對輸入的經過所述準直透鏡準直得到的橢圓光束快軸、慢軸兩個方向的光斑同時擴束或縮束，使快軸方向的光斑準直輸出，所述快軸方向的光斑大小在;所述棱鏡對將慢軸方向的光斑擴束或縮束，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直輸出。
[0011]優選的，上述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，其中:所述光束位移塊為立方體。
[0012]優選的，上述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，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]優選的，上述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，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]優選的，上述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，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反饋，使光能量以恒定功率輸出。
[0015]優選的，上述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，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]本發明的突出效果為:本發明的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，既實現了光束整形，得到的快、慢軸方向的光斑經匯聚透鏡匯聚后的尺寸比例大于I: 5，同時將光束本身的像散和由棱鏡對產生的像散消除，具有整形后光束質量高，提高儀器的信噪比，同時安裝、制作時易于調節等優點。
[0017]以下便結合實施例附圖，對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳述，以使本發明技術方案更易于理解、掌握。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明實施例的光學系統結構圖；
圖2是本發明實施例的經過望遠鏡系統后的光斑大小分布圖；
圖3是本發明實施例的經過棱鏡對后的光斑大小分布圖；
圖4是本發明實施例的經過匯聚透鏡后的光斑大小分布圖；
圖5是本發明實施例的有無柱面補償透鏡時的慢軸方向光斑大小分布圖；
圖6是本發明實施例的無柱面補償透鏡時的慢軸方向光斑形狀圖；
圖7是本發明實施例的有柱面補償透鏡時的慢軸方向光斑形狀圖；
圖8是本發明實施例的有柱面補償透鏡消像散后的光斑大小分布圖。
【具體實施方式】
[0019]實施例:本實施例的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，如圖1所示，包括在同一光路上依次設置的準直透鏡1、望遠鏡系統、棱鏡對4、光束位移塊5、柱面鏡6和匯聚透鏡
7。其中，準直透鏡I具有正的光焦度，有效焦距為2mm-5mm。光束經準直透鏡I準直后，再經過放大倍率約為2倍左右的望遠鏡系統，望遠鏡系統包括具有負光焦度的負透鏡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的準直光,光斑大小分布如圖2所不。經過望遠鏡系統擴束的準直光再經過安裝在水平方向的棱鏡對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平移，此平移量由光束位移塊5補償。光束位移塊5為立方體，其厚度由棱鏡對的縮放比例決定。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]光束經過棱鏡對4后，慢軸方向和快軸方向的光束發散角分別為:1.02mrad和
0.0Smrad，如圖3所示。由于光束的快軸與慢軸的發散角不同是引起光束像散的根本原因，并導致光束在傳播過程中光強分布會發生變化。因此，具有不同發散角的光再經過匯聚透鏡7后，會產生3.5_左右的像散，如圖4所示。光束在經過棱鏡對4和光束位移塊5后，進入柱面鏡6，柱面鏡6的焦距為I米，則經過柱面鏡6后的光斑大小如圖5所示，其慢軸方向的發散角由1.02mrad變為0.075mrad，與快軸方向發散角接近，進而消除慢軸和快軸方向的像散。此時經過匯聚透鏡7后的像散情況如圖8所示。圖6和圖7分別是有無柱面鏡6時光斑形狀圖，可以發現，加入柱面鏡6后，慢軸方向光斑形狀大大改善。經補償后的光再經過匯聚透鏡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]本實施例的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，既實現了光束整形，得到的快、慢軸方向的光斑經匯聚透鏡7匯聚后的尺寸比例大于1: 5，同時將光束本身的像散和由棱鏡對4產生的像散消除，具有整形后光束質量高，提高儀器的信噪比，同時安裝、制作時易于調節等優點。
[0022]本發明尚有多種實施方式，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術方案，均落在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，其特征在于:包括在同一光路上依次設置的準直透鏡、棱鏡對、光束位移塊和柱面鏡，所述柱面鏡同時將光束本身的像散和由所述棱鏡對產生的像散消除；當所述棱鏡對對光斑壓縮時，所述柱面鏡具有正的光焦度，當所述棱鏡對對光斑擴束時，所述柱面鏡具有負的光焦度。
2.根據權利要求1所述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，其特征在于:所述準直透鏡具有正的光焦度，有效焦距為2mm-5mm。
3.根據權利要求1所述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，其特征在于:所述準直透鏡和所述棱鏡對之間設有望遠鏡系統。
4.根據權利要求3所述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，其特征在于:所述望遠鏡系統包括負透鏡和正透鏡。
5.根據權利要求3所述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，其特征在于:所述望遠鏡系統對輸入的經過所述準直透鏡準直得到的橢圓光束快軸、慢軸兩個方向的光斑同時擴束或縮束，使快軸方向的光斑準直輸出，所述快軸方向的光斑大小在;所述棱鏡對將慢軸方向的光斑擴束或縮束，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直輸出。
6.根據權利要求1所述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，其特征在于:所述光束位移塊為立方體。
7.根據權利要求1所述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，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.根據權利要求1所述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，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.根據權利要求1所述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，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反饋,使光能量以恒定功率輸出。
10.根據權利要求1所述的一種基于棱鏡對和柱面鏡的消像散光束整形系統，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】G02B27/09GK103885186SQ201410075869
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月4日 優先權日:2014年3月4日
【發明者】方慧, 季朝華, 羅寧一 申請人:維林光電(蘇州)有限公司