CN104678542A - 一种激光光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光光源装置，该装置包括激光器、反射镜、自动调节器和激光汇聚器；自动调节器位于反射镜背面，调节反射镜的位置和角度。解决了现有激光器阵列输出不稳定的问题，在获得高耦合效率、高调制深度优质激光光源束的同时，大幅提高了光源束的长期稳定性，可广泛用于激光共聚焦荧光显微镜、全内角反射荧光显微镜、超分辨荧光显微镜等。

Description

一种激光光源装置

技术领域

本发明涉及一种激光光源输出装置，属于荧光显微镜技术领域。

背景技术

光学显微镜一直在生物学领域占有重要的地位。它贯穿了整个生物学的发展历程，包括细胞的发现、细胞器的观察、以及细胞动态过程。近五十年内，荧光显微镜因其高分辨率和成像选择性，在光学显微镜家族中占据了主导地位。荧光显微镜发展到今天，最为重要的技术改进是激光技术和光学显微镜的结合，即激光共聚焦显微镜的发明。激光共聚焦扫描光学显微镜大大增强了光学显微镜的轴向分辨能力并提高了成像清晰度。随后，全内反射显微镜的出现使Z轴的分辨率提高到100纳米。更加值得注意的是，近几年的超分辨荧光显微镜的发明使光学显微镜的发展达到了空前的繁荣，科学家正在积极的开发各种成像模式以适应各自的成像要求。

现有的高分辨荧光成像技术都离不开激光作为成像光源，并且要求激光可以随意切换、光束稳定。通常，商品仪器的激光光源是通过空间光耦合后引入到光纤中，并导入显微镜光路中。这种方式的缺点是耦合效率低，光束受到环境的影响大，容易偏离聚焦位点，需要定期的调试，花费大量的人力维修。尤其国产半导体激光器发散角大，近场光斑难以压缩，并且光束质量较差，使应用更加困难。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光光源装置，目的是获得高耦合效率、高调制深度且长期稳定的优质激光光源束。本发明可应用在多种荧光显微镜成像***，包括激光共聚焦荧光显微镜、全内角反射荧光显微镜、超分辨荧光显微镜等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光光源装置，解决了现有激光器阵列输出不稳定的问题，在获得高耦合效率、高调制深度优质激光光源束的同时，大幅提高了光源束的长期稳定性，可广泛用于激光共聚焦荧光显微镜、全内角反射荧光显微镜、超分辨荧光显微镜等。

根据本发明的一个方案，其特征在于，包括激光器、反射镜、自动调节器和激光汇聚器；自动调节器位于反射镜背面，调节反射镜的位置和角度；其中，所述激光器发出的激光，照在反射镜上；位于反射镜背面的自动调节器调节反光镜的位置和角度，将激光反射到激光汇聚器，汇聚成光源束。自动调节器对反射镜位置和角度的自动精确控制，通过计算机软件实现。

在一个优选的实施方式中，所述激光器任选自气体激光器、液体激光器、固体激光器、半导体激光器中的一种或几种。进一步的优选实施方式为，所述激光器为半导体激光器。

在一个优选的实施方式中，激光器的数量大于等于2，其中至少有2个激光器发射的激光波长不相同。进一步的优选实施方式为，所述激光器的数量大于等于2，每个激光器发射的激光波长均不相同。

本领域技术人员可根据实际情况，选择激光器的数量、种类、波长和功率，以获得测量需要的最佳光源束。

在一个优选的实施方式中，所述激光汇聚器包括一组半透半反分光镜。进一步的优选实施方式为，所述半透半反分光镜的数量与激光器的数量相等。

在一个优选的实施方式中，所述反射镜的数量大于等于1，小于等于激光器的数量。

在一个优选的实施方式中，所述自动调节器的数量大于等于1，小于等于反射镜的数量。

在一个优选的实施方式中，所述激光器、反射镜、自动调节器三者数量相等。

本领域技术人员可根据各激光器发出的激光光源，选择合适数量的反射镜和自动调节器的数量，以能将各束激光光源平行投射入激光汇聚器为准。

本发明所提供的激光光源装置可用于荧光显微镜，在一个实施方式中，从激光汇聚器出来的光源束，经反射镜导入荧光显微镜的光路，具体步骤如下：

激光器发出的激光照射在带有自动调节器的反射镜上，自动调节器通过调节反射镜的角度对激光的光路进行精确定位；反射镜反射的激光由激光汇聚器汇集成一束光源束后，经反射镜直接进入荧光显微镜光路，经过半透半返分光镜和物镜照射在样品上，样品发射的荧光经过反射镜到达电荷耦合阵列检测器，简称CCD检测器，进行荧光成像。

本发明所提供的激光光源装置用于荧光显微镜，在另一个实施方式中，从激光汇聚器出来的光源束，经光纤传导装置导入荧光显微镜的光路；所述光纤传导装置包括光纤耦合器和光纤，具体步骤如下：

激光器发出的激光照射在带有自动调节器的反射镜上，位置自动调节器通过调节反射镜的角度对激光的光路进行精确定位；反射镜反射的激光由激光汇聚器汇集成一束光源束后，经光纤耦合器进入光纤，由光纤导入荧光显微镜光路，经过透镜、半透半返分光镜和物镜照射在样品上，样品发射的荧光经过反射镜到达CCD检测器上进行荧光成像。

所述激光汇聚器中，半透半反镜片应当同轴平行排列，能透过长波长的光、反射短波长的光；所述光纤采用可采用单模光纤或多模光纤；所述光纤耦合器的效率应大于或等于50％。

在一个优选的实施方式中，具体步骤为：

步骤一、多种波长的激光器发射的激光分别照射在位置自调节反射镜上，自调节反射镜由计算机软件控制位置的移动和转动；然后被反射的多束激光经过一系列的半透半反镜片汇集到同一光束中；最后光束以光纤或者空间光方式引入到显微镜光路中。

步骤二、多束激光经过反光镜照到样品上，样品发射的荧光经过反射镜到达CCD检测器上进行光学成像。

本发明的有益效果是：

1、提供长期稳定的多种波长激光光束输出，激光位置的精确控制通过软件自动进行，节省了人力和维修费用。

2、所述自调节激光输出装置能用于多种利用激光作为光源的荧光显微镜，包括激光共聚焦荧光显微镜、全内角反射荧光显微镜、超分辨荧光显微镜等，但不仅仅限于上述显微镜。

附图说明

图1为本发明所述激光光源装置的一个实施方案示意图。

图2为本发明所述激光光源装置的一个实施方案示意图。

图3为本发明所述激光光源装置的一个实施方案示意图，A为所输出的光源束，经反射镜导入荧光显微镜示意图；B为所输出的光源束，经光纤传导装置导入荧光显微镜示意图。

图4为本发明所述激光光源装置输出的光源束，经反射镜导入荧光显微镜后的光路图。

图5为本发明所述激光光源装置输出的光源束，经光纤传导装置导入荧光显微镜后的光路图。

图6为本发明所述激光光源装置用于荧光显微镜得到的生物样品成像图。

附图中的附图标记如下：

10-激光器；12-反射镜；14-自动调节器；16-激光汇聚器；18-反射镜；20-光纤传导装置；200-光纤耦合器；202-光纤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不局限于这些附图和实施例。

图1为本发明所述激光光源装置的一个实施方案示意图，5个激光器10分别发出波长为640nm、561nm、532nm、473nm和405nm的激光，照射在一个反射镜12上，反射镜12背面有一个自动调节器14，通过电脑软件控制调节反射镜12的位置和角度，对激光的光路进行精确定位；反射镜12反射的激光由5片半透半反分光镜组成的激光汇聚器16汇集成一束光源束后，经光纤耦合器200进入光纤202，由光纤202导入荧光显微镜光路。光源束进入荧光显微镜后，经过透镜、半透半返分光镜和物镜照射在样品上，样品发射的荧光经过反射镜到达CCD检测器进行荧光成像，如图5所示。

本发明所述激光光源装置的一个实施方案如图2所示，5个激光器10分别发出波长为640nm、561nm、532nm、473nm和405nm的激光，分别照射在5个反射镜12上，反射镜12背面有一个自动调节器14，通过电脑软件控制调节反射镜12的位置和角度，对各束激光的光路进行精确定位；反射镜12反射的激光由5片半透半反分光镜组成的激光汇聚器16汇集成一束光源束后，经反射镜18直接进入荧光显微镜光路。光源束进入荧光显微镜后，经过半透半返分光镜和物镜照射在样品上，样品发射的荧光经过反射镜到达CCD检测器进行荧光成像，如图4所示。

本发明所述激光光源装置的一个实施方案如图3所示。5个激光器10分别发出波长为640nm、561nm、532nm、473nm和405nm的激光，分别照射在5个反射镜12上，5个反射镜12背面各有一个自动调节器14，通过电脑软件控制分别调节5个反射镜12的位置和角度，对各束激光的光路进行精确定位；反射镜12反射的激光由5片半透半反分光镜组成的激光汇聚器16汇集成一束光源束后，经反射镜18直接进入荧光显微镜光路，如图3A所示；光源束进入荧光显微镜后，经过半透半返分光镜和物镜照射在样品上，样品发射的荧光经过反射镜到达CCD检测器进行荧光成像，如图4所示。或者激光汇聚器16汇集的光源束后经光纤耦合器200进入光纤202，由光纤202导入荧光显微镜光路，如图3B所示；光源束进入荧光显微镜后，经过透镜、半透半返分光镜和物镜照射在样品上，样品发射的荧光经过反射镜到达CCD检测器进行荧光成像，如图5所示。

具体步骤如下：

步骤一、首先，激光光源分别发出的激光照在各自的自动位置调节器上，计算机软件根据位置的变化需要移动位置调节器的位置和角度。

步骤二、反射光束照在半透半反镜片上，并汇集在同一光路中。分别由空间光和光纤耦合的方式引入到显微镜的光路中。

步骤三、光束经过反射镜反射照在样品上，样品发射的荧光经过反射镜照射在CCD检测器上进行成像。

上述的步骤一中，激光器必须选用固定波长、激光品质高，波长不限。自动位置调节器设置在固定的位置，由计算机软件控制它的位置移动。

上述的步骤二中，半透半反镜片要求同轴，能透过长波长的光、反射短波长的光。光纤输出时，一般采用单模光纤或多模光纤，光纤耦合器要求效率达到50％以上。空间光输出时要求反射光位置正好照射到显微镜光路中的反射镜上。

上述的步骤三中，光束经过光纤输出扩束或直接导入的方法进入到显微镜中。光束照射在样品上产生荧光，荧光经过反射照在CCD检测器上进行成像。

上述自调节激光输出***，激光光束可以保持长期稳定，通过计算机软件即可矫正光束位置的变化。本发明的自调节激光输出***能够为多种荧光显微镜提供光源，包括激光共聚焦荧光显微镜、全内角反射荧光显微镜、超分辨荧光显微镜等，可用于生物、材料等领域。

实施例1

对细胞内蛋白质的结构进行高分辨成像研究，将经过荧光转染的活细胞，在培养基中培养到贴壁均匀，置于全内角反射荧光显微镜的样品台。采用如图3B所示的激光光源装置，为全内角反射荧光显微镜提供光源束，对细胞内蛋白质成像，结果通过电脑输出，如图6所示，清晰地显示出了细胞内蛋白质的微丝结构。

应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对上述实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围内。

Claims (10)

1.一种激光光源装置，其特征在于，包括激光器(10)、反射镜(12)、自动调节器(14)和激光汇聚器(16)；自动调节器(14)位于反射镜(12)背面，调节反射镜(12)的位置和角度；

所述激光器(10)发出的激光，照在反射镜(12)上；位于反射镜(12)背面的自动调节器(14)调节反光镜(12)的位置和角度，将激光反射到激光汇聚器(16)，汇聚成光源束。

2.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述激光器(10)的数量大于等于2，其中至少有2个激光器(10)发射的激光波长不同。

3.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述激光器(10)的数量大于等于2，每个激光器发射的激光波长均不相同。

4.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述激光器(10)任选自气体激光器、半导体激光器或固体激光器中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述激光器(10)为半导体激光器。

6.根据权利要求1所述的激光光源装置，其特征在于，所述激光汇聚器(16)包括一组半透半反分光镜。

7.根据权利要求6所述的激光光源装置，其特征在于，所述激光汇聚器(16)中半透半反分光镜的数量与激光器(10)的数量相等。

8.根据权利要求1-7所述的任一激光光源装置，其特征在于，所述反射镜(12)的数量大于等于1，小于等于激光器(10)的数量。

9.根据权利要求1-7所述的任一激光光源装置，其特征在于，所述自动调节器(14)的数量大于等于1，小于等于反射镜(12)的数量。

10.根据权利要求1-7所述的任一激光光源装置，其特征在于，所述激光器(10)、反射镜(12)、自动调节器(14)三者数量相等。