[发明专利]补偿角色散的补偿器系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适于补偿由光学系统的至少一对声光偏转器偏转的电磁束的角色散的补偿器系统和方法，其中，每个偏转束的角色散取决于由声光偏转器的偏转声频获得的偏转角。

背景技术

三维(3D)随机存取激光扫描技术在对生物标本执行测量(包括扫描、成像、检测、激发等)方面是很重要的，例如使生物结构成像或测定细胞表面受体的荧光标记或执行如释放/光模拟(photosimulation)、FRET(荧光共振能量转移)、FLIM(荧光寿命成像)等的测量。

常用3D激光扫描显微镜是共焦显微镜或多光子(双光子)显微镜。在共焦显微镜技术中，针孔布置在偏转器之前，以过滤出从除显微镜物镜的焦平面之外的任何其它平面反射的光。由此，可使位于样品(例如生物标本)不同深度的平面成像。

双光子激光扫描显微镜使用低能量的激光，其中，需要两个光子在量子事件中激发荧光，导致发射荧光光子，荧光光子随后由检测器检测。几乎同时吸收两个光子的可能性极其低，要求高通量的激发光子，因此，双光子激发实际上仅发生在激光束的焦斑(focal spot)中，在焦斑处，束强度超过双光子阈值。光子数量还可通过锁模激发激光使光子以高强度反弹到达样品而得以增加。通常，飞秒脉冲激光用于给双光子激发提供所需光子通量，同时保持平均激光束强度足够低以避免热样品恶化。

当应用上述任一技术时，通常通过经由例如步进电机移动样品台来实施3D扫描，然而，当使用浸没式标本室时或当用微电极对生物标本上进行电子记录时，这实施起来复杂。样品台的移动是缓慢过程，允许分钟量级的成像速度或十分低(像素)数量的测量点，从而导致低分辨率。相应地，在分析生物标本的情况下，通常优选地移动激光束的焦斑，而不是移动标本。这可通过偏转激光束以扫描焦平面(XY平面)中的不同点和通过经由例如压电定位器沿其光轴(Z轴)移动物镜以改变焦平面深度而实现。XY扫描通常通过经由机械光学偏转装置(比如安装在振镜扫描仪(galvanometric scanner)上的偏转镜)在指定焦平面(XY平面)内偏转激光束来实现。

机械扫描组件(即，扫描反射镜和显微镜物镜)的惯性(inertia)关于可实现的扫描速度具有一定局限性，因为扫描组件需要物理地移动以执行3D扫描。

已提出快速声光偏转器(AOD)作为常规机械光学方案的替代例。

Kaplan等人(“Acousto-optic lens with very fast focus scanning”,OPTICS LETTERS/Vol.26,No.14/July 15,(2001))提出了一种由两个AOD组成的声光透镜，具有相位锁定的反向传播的声波，以仅实现焦平面沿z轴的偏移，而不需要横向移动波束。通过由声光设备改变声频的扫描速率来改变声光透镜的焦点。

在US7227127中，使用上述原理来提供3D扫描。可以通过使用四个声光偏转器而在菱状体积的空间中移动波束焦点，两个声光偏转器用于两个横向方向(x和y)。横向扫描是在同一横向方向上衍射的两个AOD的声频差的结果，而深度调焦(即沿z轴的焦点偏移)通过改变相同AOD的声频的扫描速率而实现。因此，焦点可以准独立地在x-z和y-z平面中调节，其中，z是对应于设备光轴的纵向方向。当x和y偏转单元中的声频扫描速率没有完美匹配时，这还导致强像散。

然而，存在关于现有技术AOD 3D扫描技术的许多问题，比如空间和时间色散，尤其是当与多光子扫描技术结合应用时。

现有技术AOD系统通过在AOD之间应用各色散补偿元件或通过AOD对的特定布置而多少消除了空间色散，如WO2010/076579中所述。不过，现有技术光学布置不能充分地减少AOD角色散，主要是因为其空间非均匀性。