在本实用新型涉及一种高密度斩光片用低色散光路，特别是一种用于小直径飞秒激光光束的高密度斩光片的低色散光路，包括反射式扩束，聚焦，准直和缩束光路。
背景技术：
共振扫描器（Resonant Scanner）因其能够实现快速扫描（30fps）的优点已经取代了传统的检流计扫描器（Galvanometer Scanner），作为光学扫描显微镜中X轴快速扫描的主流器件（本文不涉及很少被使用的多边形扫描器（Polygon Scanner））。与具有线性扫描特性，工作在闭环状态的检流计扫描器不同，共振扫描器工作在开环状态，其扫描速度在每一行中呈现近似正弦变化：在每一行的两端，其扫描速度为零；在每一行的中央，其扫描速度最快。在每一行中，其扫描速度呈现从零加速至最大，再减速至零从而反向换行的规律。这意味着共振扫描器在扫描每一行的中央部分（大约88%）时，其扫描速度近似匀速；在扫描每一行的两端时，其扫描速度过慢，容易导致样品过度曝光，染料漂白等问题。因此需要在扫描每一行的两端时，通过切断激光输入（而不是关闭激光器）的方式解决以上问题。
因此，如何适时快速地进行激光输入的开通与关闭成为采用共振扫描器的光学扫描显微镜中的一项关键技术。目前广泛采用的技术有基于电光调制效应的普克尔盒（Pockel cell）和基于声光调制效应的声光调制器（AOM）。声光调制与电光调制技术相比，它有更高的消光比（一般大于1000：1），更低的驱动功率，更优良的温度稳定性和更好的光点质量以及更低的价格。其缺点是声光调制器的色散严重，会使飞秒激光脉冲明显展宽，造成图像质量下降。这两种技术从性能方面都能满足光学扫描显微镜的基本需求，共同的缺点是价格昂贵。一套典型的用于光学扫描显微镜系统的电光调制器的报价最低要8万人民币左右。虽然这个价格在一套价值数百万的进口光学扫描显微镜系统中所占比例不大，但是开发其廉价替代品对于实现几十万元级别的国产光学扫描显微镜系统意义非常重大。
共振扫描用机械光调制器与电光调制器和声光调制器相比具有更高的消光比（远大于1000：1），价格低廉，无色散效应，适用于各类型光学扫描显微镜，如共聚焦荧光显微镜，各种非线性光学扫描显微镜（多光子，CARS，SHG，STED等）。共振扫描用机械光调制器的斩光片上分布数百通孔，通孔的尺寸往往很小。因此允许的激光光束直径在0.95um至50um之间。这些非线性光学扫描显微镜都采用钛蓝宝石飞秒激光器或其他脉冲激光器作光源，其输出激光光束直径约为1.2mm。这样需要额外光路将飞秒激光光束聚焦在斩光片的通孔位置，
然后再将通过的飞秒激光光束的直径恢复至1.2mm。整个光路不产生明显的脉冲展宽。
因此本实用新型提出了一种高密度斩光片用低色散光路，特别是一种用于小直径飞秒激光光束的高密度斩光片的低色散光路，包括反射式扩束，聚焦，准直和缩束光路。本实用新型能够实现价格低廉，无色散效应，适用于各类型飞秒激光光源及其他色散敏感的脉冲激光光源。
技术实现要素：
本实用新型的目的是实现一种用于小直径飞秒激光光束的高密度斩光片的低色散光路，包括反射式扩束，聚焦，准直和缩束光路。本实用新型能够实现价格低廉，无色散效应，适用于各类型飞秒激光光源及其他色散敏感的脉冲激光光源。
为实现上述目的，本实用新型采用技术方案是：它包括扩束用凸面镜，扩束用凹面镜，聚焦用离轴抛物面镜，准直用离轴抛物面镜，缩束用凹面镜，缩束用凸面镜，扩束用凸面镜的输入端接收外部激光光束，扩束用凸面镜的输出端与扩束用凹面镜的输入端连接，扩束用凹面镜的输出端与聚焦用离轴抛物面镜的输入端连接，聚焦用离轴抛物面镜的输出端与准直用离轴抛物面镜的输入端连接，准直用离轴抛物面镜的输出端与缩束用凹面镜的输入端连接，缩束用凹面镜的输出端与缩束用凸面镜的输入端连接，缩束用凸面镜的输入端向外传输调制过的激光光束。
所述的扩束用凸面镜用于将外部激光光束发散，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜，为球面反射镜；
所述的扩束用凹面镜用于将发散的激光光束准直扩束，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜，为球面反射镜；
所述的聚焦用离轴抛物面镜用于将扩束的激光光束聚焦，焦点的位置在斩光片的通孔上，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜；
所述的准直用离轴抛物面镜用于将聚焦后发散的激光光束准直，焦点的位置在斩光片的通孔上，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜；
所述的缩束用凹面镜用于将准直的激光光束准直聚焦，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜，为球面反射镜；
所述的缩束用凸面镜用于将聚焦的激光光束准直，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜，为球面反射镜。
本实用新型的工作原理是这样的：在使用时，扩束用凸面镜的输入端接收外部激光光束，扩束用凸面镜的输出端与扩束用凹面镜的输入端连接，扩束用凹面镜的输出端与聚焦用离轴抛物面镜的输入端连接，聚焦用离轴抛物面镜的输出端与准直用离轴抛物面镜的输入端连接，准直用离轴抛物面镜的输出端与缩束用凹面镜的输入端连接，缩束用凹面镜的输出端与缩束用凸面镜的输入端连接，缩束用凸面镜的输入端向外传输调制过的激光光束。扩束用凸面镜与扩束用凹面镜组成一组反射式扩束光学系统。光束的聚焦和准直均采用离轴抛物面镜。缩束用凸面镜与缩束用凹面镜组成一组反射式缩束光学系统。全部镜片采用反射式工作原理，而避免了采用透镜和棱镜对飞秒激光造成的明显展宽效应。
本实用新型由于采用了上述技术方案，具有如下优点：
1、价格低廉；
2、无色散效应，适用于各类型飞秒激光光源及其他色散敏感的
脉冲激光光源。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：如图1所示，它包括扩束用凸面镜1，扩束用凹面镜2，聚焦用离轴抛物面镜3，准直用离轴抛物面镜4，缩束用凹面镜5，缩束用凸面镜6，扩束用凸面镜1的输入端接收外部激光光束，扩束用凸面镜1的输出端与扩束用凹面镜2的输入端连接，扩束用凹面镜2的输出端与聚焦用离轴抛物面镜3的输入端连接，聚焦用离轴抛物面镜3的输出端与准直用离轴抛物面镜4的输入端连接，准直用离轴抛物面镜4的输出端与缩束用凹面镜5的输入端连接，缩束用凹面镜5的输出端与缩束用凸面镜6的输入端连接，缩束用凸面镜6的输入端向外传输调制过的激光光束。
所述的扩束用凸面镜1用于将外部激光光束发散，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜，为球面反射镜；
所述的扩束用凹面镜2用于将发散的激光光束准直扩束，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜，为球面反射镜；
所述的聚焦用离轴抛物面镜3用于将扩束的激光光束聚焦，焦点的位置在斩光片的通孔上，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜；
所述的准直用离轴抛物面镜4用于将聚焦后发散的激光光束准直，焦点的位置在斩光片的通孔上，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜；
所述的缩束用凹面镜5用于将准直的激光光束准直聚焦，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜，为球面反射镜；
所述的缩束用凸面镜6用于将聚焦的激光光束准直，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜，为球面反射镜。
本实用新型的工作原理是这样的：在使用时，扩束用凸面镜1的输入端接收外部激光光束，扩束用凸面镜1的输出端与扩束用凹面镜2的输入端连接，扩束用凹面镜2的输出端与聚焦用离轴抛物面镜3的输入端连接，聚焦用离轴抛物面镜3的输出端与准直用离轴抛物面镜4的输入端连接，准直用离轴抛物面镜4的输出端与缩束用凹面镜5的输入端连接，缩束用凹面镜的输出端5与缩束用凸面镜6的输入端连接，缩束用凸面镜6的输入端向外传输调制过的激光光束。扩束用凸面镜1与扩束用凹面镜2组成一组反射式扩束光学系统。光束的聚焦和准直均采用离轴抛物面镜。缩束用凸面镜5与缩束用凹面镜6组成一组反射式缩束光学系统。全部镜片采用反射式工作原理，而避免了采用透镜和棱镜对飞秒激光造成的明显展宽效应。
实施实例：通常光学扫描显微镜中广泛采用的共振扫描器为美国CTI公司的产品，具有8KHz左右的共振频率，能够提供15600行/秒的最大扫描速度。因此对于一幅512x512的图像，帧率可以达到最快30帧/秒。对于单向扫描来说，每幅图像包括256个正向扫描行（正向的定义是从左向右）和256个反向扫描行。由于是共振扫描，每行正向扫描和反向扫描所消耗的时间相同。每片斩光片的直径为100mm，片上包含实现一帧扫描的完整消隐结构。因此电动机的转速为1800rpm，相当于30fps。斩光片靠近圆周的部分被等分为520等份（15600除以30），其中512等份部分打孔，每等份中打孔的面积占每份的88%，不打孔的面积占12%，分别对应每行88%近似匀速扫描的部分和最左端6%，最右端6%消隐的部分。打孔的部分允许激光通过；不打孔的部分完全阻挡激光。余下8等份不打孔，对应每帧结束后扫描头回到下一帧第一行起始位置的过程。这个斩光片设计适用于双向扫描。当共振扫描器开始正向扫描第一行诗时，先经过6%的激光消隐区，对应斩光片上第一个等份的前6%不打孔区；之后经过88%扫描区，对应斩光片上第一个等份的中间88%打孔区；再经过6%的激光消隐区，对应斩光片上第一个等份的后6%不打孔区；之后共振扫描器换行开始反向扫描重复上一过程，斩光片继续转动进入第二个等份，以此类推......当共振扫描器完成第512行，也就是第256反向扫描行，之后开始进入场消隐阶段。扫描头回到第一行的起始位置。在此过程中，斩光片继续转过余下8等份不打孔区，阻挡激光以实现场消隐。以兼容英国Scitec公司机械斩光器的斩光片为例，斩光片的直径为100mm，厚度为0.5mm，材料为CZ108黄铜，电动机转速为3600rpm。对应的光束直径约为1.9um。对应800nm波长的数值孔径约为0.25，半角约为14度。如果光束直径增大会引起激光通过与消隐之间的过渡带变平缓，使扫描图像边缘质量变差。以美国Spectral Physics公司的MaiTai Deepsee钛蓝宝石飞秒激光器为例，输出激光光束直径为1.2mm，因此采用1/2英寸直径，-7.5mm焦距的扩束用凸面镜1与1英寸直径，75mm焦距的扩束用凹面镜2进行10倍扩束，扩束后激光光束直径约为12mm。聚焦用离轴抛物面镜3采用1/2英寸直径，90度反射，反射焦距1英寸的规格。恰好可以将800nm飞秒激光光束聚焦为直径1.9um的光斑，并且有足够大的工作距离使斩光片可以位于焦点位置。准直用离轴抛物面镜4采用与聚焦用离轴抛物面镜3的同样规格。准直用离轴抛物面镜4采用与聚焦用离轴抛物面镜3的同样规格。缩束用凹面镜5采用与扩束用凹面镜2的同样规格。缩束用凸面镜6采用与扩束用凸面镜1的同样规格。
图1仅为连接关系示意图，光路不局限于图1，可做任意合理的改变。
本实用新型所述的扩束用凸面镜1用于将外部激光光束发散，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜；
本实用新型所述的扩束用凹面镜2用于将发散的激光光束准直扩束，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜；
本实用新型所述的聚焦用离轴抛物面镜3用于将扩束的激光光束聚焦，焦点的位置在斩光片的通孔上，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜；
本实用新型所述的准直用离轴抛物面镜4用于将聚焦后发散的激光光束准直，焦点的位置在斩光片的通孔上，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜；
本实用新型所述的缩束用凹面镜5用于将准直的激光光束准直聚焦，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜；
本实用新型所述的缩束用凸面镜6用于将聚焦的激光光束准直，材料为光学玻璃或石英，表面镀膜为裸金属膜，低色散介质膜或有保护层的金属膜；
本实用新型所述的聚焦用离轴抛物面镜3和准直用离轴抛物面镜4的反射角度为15度至120度。