[发明专利]较高阶色散补偿设备

说明书

技术领域

本发明涉及例如其中低色散重要的多光子成像系统中的较高阶色散补偿设备。本发明还涉及具有较高阶色散补偿设备的光学系统以及用于补偿光学系统中的较高阶色散的方法。

背景技术

像基于双光子吸收或者二次谐波生成(SHG)的成像那样的多光子显微术正变得越来越多地用于医疗成像和其他种类的成像。在多光子显微术中，信号与焦点位置处光脉冲的时间宽度成反比。因此，极为重要的是尽可能地最小化脉冲宽度。扫描多光子显微镜中诸如物镜或扫描头之类的大多数光学元件将引起材料色散，即折射率的波长依赖性。光脉冲越短，光谱带宽越大，并且因而色散效应越大。渡越时间(transit time)的变化与波长的函数关系由材料色散量M描述，其与折射率对波长的二阶导数有关：

M=λ3l2πc2∂2n∂λ2]]>

c为光在空气中的速度，λ为波长，l为光学材料的厚度并且n为折射率。在正常色散状况下，二阶导数为正，这意味着对于较短波长比对于较长波长要花费更长时间穿过一块玻璃。对于像BK7那样的标准玻璃，M/l为近似45fs²/mm，这意味着对于穿过10mm玻璃的具有比如0.1PHz(＝0.1fs^-1)的带宽的脉冲而言，脉宽的增加将为大约45fs。该脉宽展宽效应由下式更精确地描述：

Δt=τFL1+(MτFL24ln2)2]]>

其中τ_FL为傅立叶极限脉宽，即给定光源的光谱含量的情况下可能的最短脉宽。在这里，假设光谱具有高斯形状，其给出高斯时间分布。举例而言：在800nm的中心波长以及40nm的带宽下，光脉冲在其傅立叶极限中可能短至23.6fs。对于高斯分布而言，光谱带宽Δλ(强度的FWHM)与傅立叶极限脉宽之间的关系由下式给出：

τFL=λ2c2ln2πΔλ-1]]>

因此，由上可知，对于更大的带宽，色散更加重要。