[发明专利]一种层析光栅色散校正系统及方法

说明书

本发明具体涉及一种层析光栅色散校正系统及方法。将层析光栅置于显微物镜的孔径光阑处，在层析光栅后方放置平面直条纹闪耀光栅，在平面直条纹闪耀光栅后方放置筒镜，在筒镜后方放置CCD相机；保证入射到平面直条纹闪耀光栅上的光束无交叠，保证筒镜、闪耀光栅和CCD相机组成的是像方远心光路。该方法成功减小了层析系统的色差，相比于用滤光片消除色差的方法，这种用平面直条纹闪耀光栅校正光栅色差的方法输出光通量要高。筒镜、平面直条纹闪耀光栅、CCD相机组成的是像方远心光路，景深较大，轻微的调焦误差不会影响像面上图像的清晰度。

技术领域

本发明涉及衍射光学领域，具体涉及一种层析光栅色散校正系统及方法。

背景技术

采用层析光栅进行显微层析成像能实时得到样本多层的图像信息，但这种方式基于光栅方程，不同波长的入射光经过光栅后会有不同的衍射角，导致色差的产生。目前在层析光栅色差校正方面有两种色差校正方法：

一种是采用带通滤光片进行波段选择，这种方法的优点是消色差效果明显，操作简单，且对成像光路几乎无影响，在系统中的安放位置较灵活。缺点则是通过带通滤光片的光实际上是一个波段相对较窄的光束，并不是单波长的光束，本身还是有色差残留；另一个缺点是这种方法得到的输出光能量非常低，大倍率显微观察下系统的能量本身就很低，加上滤光片会对光源提出更高的要求。

另一种方法是采用棱栅进行色差校正，棱栅是由棱镜和光栅组成。在进行层析光栅色差校正时需要两个棱栅组成棱栅对，并将棱栅对置于平行光路中。棱栅对的作用是将平行光进行预色散，人为制造了一些色差，再将预色散的光经过层析光栅，通过匹配层析光栅和预色散的参数，实现利用层析光栅的色散补偿棱栅对的预色散。这种方法的优点是保留了各个波长的光，出射光能量没有较大的损失；缺点则是这种方法光路要求非常精密，层析光栅的参数、棱栅对的参数、棱栅对和层析光栅在光路中的相对位置都有非常严格的要求，轻微的误差会严重影响色差校正效果，实际装调过程中一定会有残余色差存在。

发明内容

针对上述情况，本专利发明了一种减小层析光栅色散系统及方法，该方法相比于滤光片、棱栅等色差校正方法具有光通量大、装调便捷的优点。

一种层析光栅色散校正系统，所述系统包括显微物镜、层析光栅、平面直条纹闪耀光栅、筒镜和CCD相机；层析光栅置于显微物镜的孔径光阑处，在层析光栅后方放置平面直条纹闪耀光栅，在平面直条纹闪耀光栅后方放置筒镜，在筒镜后方放置CCD相机；保证入射到平面直条纹闪耀光栅上的光束无交叠，保证筒镜、闪耀光栅和CCD相机组成的是像方远心光路。

进一步，所述保证入射到平面直条纹闪耀光栅上的光束无交叠为：在层析光栅后方距离为L处放置平面直条纹闪耀光栅，L的取值需要满足使层析光栅0级衍射光的边缘正视场和-1级衍射光的边缘负视场在平面直条纹闪耀光栅上没有交叠。

进一步，L的计算公式为：其中d为层析光栅中心周期，θ为层析光栅边缘视场一级色散角，l为显微物镜线视场，f为显微物镜焦距，λ为层析光栅中心波长，Φ为显微物镜入射光束直径，所述d、l、f、Φ和λ均为已知量。

进一步，保证筒镜、闪耀光栅和CCD相机组成的是像方远心光路的方法为：平面直条纹闪耀光栅与筒镜之间的距离和筒镜与CCD相机之间的距离相等，均为筒镜的焦距。

进一步，选择焦距为显微物镜十倍的筒镜。

进一步，使用周期大于层析光栅10％-30％的平面直条纹闪耀光栅，并且根据实际需要确定平面直条纹闪耀光栅周期具体数值。

一种层析光栅色散校正方法，所述色散校正方法使用如权利要求1-6任一项所述的色散矫正系统，所述方法具体为：不同波长的入射光由显微物镜进入层析光栅，在层析光栅上发生衍射，-1和+1级衍射光入射到平面直条纹闪耀光栅的+1和-1极上，0级衍射光直接透过平面直条纹闪耀光栅，平面直条纹闪耀光栅将不同衍射角度的平行光校正为相同衍射角的平行光，经过筒镜的放大后投射到CCD相机上。