[发明专利]基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置及方法

说明书

本发明涉及激光应用领域，具体涉及一种基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置及使用方法，特别适用于超连续谱光源的波长选择。所述装置由宽光谱光源，输出光纤，准直透镜，光阑，菲涅尔透镜，第一固态变焦透镜组件，第二固态变焦透镜组件，像差矫正透镜，空间滤波器，控制及显示模块，信号传输线组成。本发明利用菲涅尔透镜的色散效应扩大宽光谱光源的轴向色差，借助结构紧凑性能优越的固态变焦透镜，将光束不同波长成分聚焦到轴向不同位置，通过闭环控制固态变焦透镜的焦距，改变聚焦到出射小孔位置处的波长成分，实现对不同波长的光束成分输出。

技术领域

本发明涉及激光应用领域，具体涉及一种基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置及使用方法，特别适用于超连续谱光源的波长选择。

背景技术

近年来逐渐成熟起来的超连续谱光源除具有激光的典型特性外，还具有带宽大、稳定性好、重复频率可定制的优点，广泛应用于荧光成像、宽谱光谱学、生物医学成像等领域。在实际应用中，如何实现对超连续谱光源带宽范围内所需特定波长成分的快速选择是影响其应用效能的一个关键问题。

现有技术主要包括三类：(1)采用窄带滤波片进行波长选择；(2)采用分光器件，如棱镜、光栅等，结合狭缝进行波长选择；(3)采用声光器件，利用声光器件衍射效应进行波长选择。具体来讲，采用窄带滤波片进行波长选择的方法是在超连续谱光源输出光路中加装合适的滤波片，筛选所需波长。当所需要的输出波长改变时，需更换对应的滤波片。该种方法操作极为不便，且难以实现波长的连续可调输出。第二种方法是利用分光器件的分光效应，将超连续谱光源不同波长的光谱成分在空间展开，配合狭缝，通过改变狭缝的位置实现对特定波长成分的选择性输出。该种方法虽可以实现较为快速的波长选择，但受到分光器件分光能力的限制以及狭缝机械运动惯性等因素的影响，波长选择分辨率和精度难以得到保证。第三种方法是利用声光器件的衍射效应，将超连续谱光源中不同波长的光谱成分在空间展开，配合聚焦透镜和狭缝，选择特定的波长成分输出。通过控制声光器件的工作频率，改变衍射角度，进而改变狭缝处输出的波长成分。该种方法基于声光效应，无需机械移动任何部件，波长选择精度高，可重复性良好。但声光器件衍射效率无法达到100％，且器件本身存在严重色散效应，往往使得激光脉冲峰值功率下降明显，脉宽被展宽，影响输出光束的质量。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置及方法，旨在实现经济、结构紧凑且性能优良的波长选择装置，特别适用于超连续谱光源的波长选择。

本发明提供的基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置及方法，利用菲涅尔透镜的色散效应，将宽光谱光源输出中不同波长成分聚焦到光轴方向不同位置，通过调节固态变焦透镜的焦距，改变聚焦在出射小孔位置处光束成分的波长，实现对不同波长成分的选择性输出。与现有波长选择装置及方法相比，本发明系统结构简单，操作方法容易，波长选择范围大，精度较高，尤其适合超连续谱光源的波长选择。

本发明采用的技术方案为：

一种基于菲涅尔透镜和固态变焦透镜的波长选择装置，由宽光谱光源，输出光纤，准直透镜，光阑，菲涅尔透镜，第一固态变焦透镜组件，第二固态变焦透镜组件，像差矫正透镜，空间滤波器，控制及显示模块，信号传输线组成。所述固态变焦透镜组件由一个光学平面，一个光学自由曲面以及固态变焦透镜驱动器组成；第一固态变焦透镜组件和第二固态变焦透镜组件构成一个固态变焦透镜；所述固态变焦透镜驱动器通过控制及显示模块经由信号传输线输出的信号驱动，可连续高精度改变固态变焦透镜的焦距；