扫描显微镜以及用于扫描显微镜的声光主分束器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于扫描显微镜的声光主分束器，它被实现和设定为将具有预选的或可预选的照明光波长的照明光引导到照明光束路径以用于照射样品，并且将来自样品的探测光引导到探测光束路径。
【背景技术】
[0002]在扫描显微术中，借助光束照射样品，以观察从样品发出的反射光或荧光。照明光束的焦点借助可控制的光束偏转装置(一般通过倾斜两个反射镜)在样本平面中移动;偏转轴通常相互垂直，以使得一个反射镜在X方向上偏转，另一个反射镜在Y方向上偏转。反射镜的倾斜例如借助电流计定位元件来实现。源自样本的光的功率水平根据扫描光束的位置来测量。这些定位元件通常配备有用来获知当前反射镜位置的传感器。
[0003]特别在共焦扫描显微术中，利用光束的焦点三维地扫描样本。共焦扫描显微镜通常包含光源、聚焦光学系统(光源的光通过聚焦光学系统聚焦在孔上，该孔被称为“激发针孔”)、分束器、用于光束控制的光束偏转装置、显微镜光学系统、探测针孔以及用于探测所探测的光或荧光的探测器。该照明光例如通过分束器耦合。
[0004]源自样本的荧光通过光束偏转装置返回至分束器，通过分束器，然后被聚焦到探测针孔上，探测器位于该探测针孔的后面。不直接源于焦点区域的探测光采取不同的光路并且不通过探测针孔，因此获得点信息项，从而通过样本的顺序扫描得到三维图像。
[0005]在荧光显微术中，在样品处反射的和在样品处散射的照明光的部分必须从探测光中移除，以使得可以专门地探测荧光。在传统的显微镜中，构成所谓的“主分束器”的二色性的滤波器用于该目的。
[0006]代替这种分束器，还可以提供构成为声光组件的光学结构，以将至少一个光源的激励光耦合到显微镜中，并且使在样本处散射和反射的激励光或激励波长从经由探测光束路径从源自该样本的光中移出；这例如从德国申请DE 199 06 757 Al得知。从该文献已知的光学结构的特征在于，对于具有非常简单的设计的可变构造，具有不同波长的激励光可以通过光谱选择元件被移除。可选地，这种光学结构的特征在于，光谱选择元件可以对要移除的激励波长进行调整。
[0007]这种声光组件的操作的方式基本上基于照明光与机械波的相互作用；利用一些声光组件，例如A0TF，机械波必须具有特定的频率，以使得针对具有期望照明光波长的光恰好满足布拉格条件。利用这些声光组件，未满足布拉格条件的光不会通过机械波偏转。如果具有多个波长的光被用作照射样品的照明光，则也必须同时生成多个具有不同频率的机械波。
[0008]声光组件通常由所谓的声光晶体构成，电子转换器(在文献中通常称为“换能器”)安装在该晶体上。该转换器通常包含压电材料以及位于其上方的一个电极和位于其下方的一个电极。利用无线电频率(其典型地位于30MHz和800MHz之间)对电极的电激活，使压电材料振动，因此能够产生声音波(即声波)，该声波在产生之后穿过该晶体。声波通常在经过光学相互作用区之后在晶体的相对侧处被吸收或者在与入射方向不同的方向上被反射，以使得光不再被影响。
[0009]声光晶体由于以下事实而值得关注，即所产生的声波改变了晶体的光学特征，通过声音感应出一种光栅或者类似的光学活性结构，例如全息图。穿过该晶体的光经历光栅处的衍射。光在衍射方向上被相应地引导至不同的衍射级别。存在影响所有的入射光(几乎不考虑波长)的声光组件。仅通过示例，可以参考诸如声光调制器(AOM)、声光偏转器(AOD)和移频器的组件。
[0010]此外，还存在例如根据辐射的无线电频率选择性地作用于单独的波长的组件(声光可调谐滤波器，A0TF)。声光元件通常由双折射晶体(例如氧化碲)构成;相应的元件的光学效果特别地由晶轴相对于光的入射方向及其偏振的位置来确定。这些关联例如从DE 102006 053 187 Al得知。
[0011]扫描显微镜的操作方式在DE101 37 155 Al中详细地描述，该扫描显微镜包括作为主分束器的声光组件。在此还描述了，第一AOTF的使切向偏振的照明光偏转的机械波可以完全从探测光中专门地移除具有照明光波长和具有切向线偏振方向的部分。然而，该探测光包括具有径向偏振方向和切向偏振方向的部分。
[0012]因此，在该声光组件的后面设置有补偿元件，它被实现为另外的声光组件。该另外的声光组件同样实现为A0TF，并且由另外的高频源使用具有另外的频率的另外的电磁高频波施加控制，该尚频源具有另一频率的另一电磁尚频波。该该另外的电磁尚频波的HF频率被选择，以使得移除探测光的下述部分，该部分具有该照明光的波长和径向偏振方向的部分。该过程是必要的，因为对于要从探测光中移除的、具有径向偏振方向的光来说，只有当机械波的频率与具有切向偏振方向的光不同时，才能满足在机械波处衍射的布拉格条件。因此，显微镜必须为每个照明光波长提供两个不同的HF频率，以便同时产生两个频率不同的两个机械波。此外，具有另一声波发生器的另一声光组件是必要的。例如如果应该使用具有四个波长的照明光来照明，仅当同时提供了八个电磁高频波并且从中产生了分布在两个声光组件上的具有不同频率不同的八个机械波时，才能够进行荧光探测。
[0013]—个非常严重的问题是，不明原因的干扰性条带经常在扫描显微镜的图像中出现，该条带在使用传统的二色性的主分束器时未被观察到。
【发明内容】
[0014]因此，本发明的目的是，描述一种声光主分束器，其在使用时不会出现干扰性的条带。
[0015]此目的通过一种声光主分束器得以实现，其特征在于，具有与照明光波长相关联的声频的机械波、或者具有与照明光波长相关联的相同声频的多个机械波在声光主分束器中传播，
[0016]a.来自样品的探测光束通过与一个机械波的相互作用或通过与多个机械波的相互作用，既使探测光束的具有照明光波长和第一线偏振方向的部分偏转，也使探测光的具有照明光波长和垂直于第一线偏振方向的第二线偏振方向的部分偏转，并因此从探测光束中移除;和/或
[0017]b.该声光主分束器被实现为通过与一个机械波的相互作用或通过与多个机械波的相互作用，将照明光的具有预选的照明光波长和第一线偏振方向的部分，以及照明光的具有预选的照明光波长和第二线偏振方向(其不同于、特别地垂直于第一线偏振方向)的部分引导到照明光束路径以用于照射样品。
[0018]根据本发明首先认识到的是，图像中的干扰性条带归因于“拍频”，其在多个单独的机械波的频率范围重叠时出现，最终导致抵达样品和/或探测器的光的光功率水平的周期性波动。该问题特别地基于以下事实，即机械波本来不可能具有无限窄的(即单一的)声频，而总是必须存在中心频率附近的频率范围。但在此申请中为了实现更好的可读性将使用术语“声频”，在每个情况中指中心频率。
[0019]有利地并且根据本发明，通过加载电磁高频波引入声光主分束器中的热功率水平明显地小于现有技术已知的声光主分束器。具体地，利用后者，由于针对每个照明光波长的两个机械波的耦合，将特别高的热功率水平输入至晶体或多个晶体中，这最终会降低衍射效率，并且由于不可避免的温度波动，还会导致抵达样品和探测器上的光的偏转方向和光功率水平出现波动。在根据本发明的声光主分束器的情况中，避免或至少明显地减少了所有这些缺点。
[0020]为了更清楚，首先将给出以下解释，特别地参考各种示例性实施例，当仅具有单一照明光波长的光耦合至照明光束路径和/或仅具有单一照明光波长的那些部分要从来自样品的探测光中移除时，根据本发明的声光主分束器如何工作。然而，如同下面还将详细阐述的一样，还可以在相同的结构中同时地且重复地应用本发明所基于的原理，如果具有多个照明光波长的照明光要被同时偏转到照明光束路径中，和/或如果具有多个照明光波长的部分要从来自样品的探测光中同时移除，则对于每个照明光波长来说，都需要至少一个单独的机械波，该机械波分别具有针对照明光波长来说特定的声频。
[0021]根据本发明的声光主分束器的优点还在于，通过简单地分别改变该声频或多个声频，能够偏转具有另一波长或其它波长的光，以使得配备有声光主分束器的显微镜可以非常独特地使用。
[0022]基于本发明的基本理念可以以不同的方式实现，即使用与波长相关联的单一声频，将具有预定的或可预定的波长的照明光和/或探测光与其偏振无关地引导至照明光束路径或探测光束路径中。
[0023]例如，可以使用单个晶体，其中具有相关联的声频的机械波在该晶体中传播，并且使具有预定波长的光与其偏振无关地偏转。然而，还可以在声光主分束器中使用多个(特别地，两个)晶体。下面通过示例解释了一些可能的变形实施例。
[0024]在可以特别简单地实现的实施例中，存在两个晶体，在晶体的每一个中传播一个机械波;这些机械波具有相同的声频，但这些晶体在其它参数方面(例如晶体截面和/或晶体定向和/或机械波和光的传播方向)是不同的并且相互协调，以使得具有预定波长和第一线偏振方向的光在两个晶体中的第一个中被偏转，而具有预定波长和第二线偏振方向(其特别地与第一线偏振方向垂直)的光在两个晶体中的第二个中被偏转。
[0025]在具有这种晶体结构的这种声光主分束器中，可以有利地提供多个输入端，以用于将照明光耦合至照明光束路径中。特别有利地，具有不同线偏振方向的照明光可以被耦合，并且引导到照明光束路径。然而，声光主分束器还可以被实现为接收非偏振的主光，并且将至少具有一个或多个特定波长的部分可选地经由一个晶体的不同输入端或多个晶体的不同输入端引导到照明光束路径以用于照射样品。这种声光主分束器可以包括例如偏振分束器，它接收非偏振的主光并且根据线偏振方向在空间上分割，以使得所产生的照明光射束可以经由一个晶体或多个晶体的不同输入端暴露于机械波的作用或多个机械波的作用。
[0026]在特定实施例中，该声光主分束器包括第一和第二晶体，它们被配置以使得相继地被探测光束穿过。通过与存在于第一晶体中的具有该声频的第一机械波的相互作用，具有照明光