一種用於流式細胞儀的多色光學系統的製作方法
2023-08-04 23:41:56 1
專利名稱：一種用於流式細胞儀的多色光學系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射技術領域，尤其涉及一種用於流式細胞儀的多色雷射光學系統。
背景技術：
流式細胞術是一種對液流中排成單列的細胞或其它生物微粒逐個進行快速定量分析和分選的技術。其原理是待測細胞經螢光染料標記後，在一定壓力下通過流動室，排成單列的細胞液流。入射的雷射束照射細胞液流，激發螢光染料而產生螢光，由放在與入射的雷射束和細胞液流成90°處的光學系統收集，然後通過信號分析處理得到細胞的多種參數數據。為了在單次實驗中得到細胞的多種參數數據，通常會給待測細胞標記多種螢光染料，而不同螢光染料的激發波長各不相同，所以要用不同波長的雷射聚焦在細胞流動室上，照射待測細胞。為保證測量的精度與準確性，除了需要特定雷射波長之外，對於不同波長雷射聚焦光斑的尺寸、形狀、偏振和空間位置都有特定的要求。高端的流式細胞儀都配備有多個雷射光源，以激發多種螢光，滿足客戶的不同需求。比如BD公司的FACSAria流式細胞分選儀，除了配備常用的488nm藍光和640nm紅光光源外，還配備407nm光源。多色光源的流式細胞儀正在成為流行趨勢，但是目前多色光源的流式細胞儀的光學系統存在結構複雜、不穩定、不方便維護的缺點。在先技術美國專利局於2008年8月26日公告的專利《system and process forsorting biological particles》(專利號US 7417734 B2),是一種典型的多色光源的流式細胞儀系統。如圖1的虛線方框標識的光學系統所示包括雷射器11』，12』，13』、光纖21』，22』，23』、擴束系統31』，32』，33』、反射/透射鏡41』，42』和聚焦鏡5』。雷射器11，，12，，13』包括488nm雷射器、635nm雷射器和375nm雷射器，分別通過光纖21，，22，，23，輸出，分別經擴束系統31』，32』，33』 C準直後，3種雷射光束經過反射/透射鏡41』，42』重合在一起，再通過聚焦鏡5』，聚焦在細胞流動室上。這種利用反射/透射鏡41』，42』實現多色光源合束的系統有如下幾個缺點1、採用反射/透射鏡的方式實現多色光合束，需要反射/透射鏡的精密調整機構，調整機構的結構穩定性不好,而且體積大,成本高；2、雷射器發生故障後，不僅要更換雷射器，還要重新調整反射/透射鏡(因為每隻雷射器的特性不同)，維護成本高。
發明內容針對上述問題，本實用新型提出一種用於流式細胞儀的多色光學系統，成本低、調整方便、結構穩定，且便於現場維護。為達到上述目的，本實用新型的技術方案為一種用於流式細胞儀的多色光學系統，包括依次設置的雷射光源、光學耦合組件、準直系統、色散分光系統和光束整形系統；所述雷射光源包括多個不同波長的雷射器，各個雷射器的雷射分別由輸出光纖輸出；所述光學耦合組件包括多通道輸入、單通道輸出的合束波導，其輸入端的各通道分別連接有光纖，各光纖末端分別通過光纖連接器與各雷射器的輸出光纖連接；各雷射器的雷射經合束波導合為一束多波長雷射，經準直系統後由色散分光系統將不同波長的雷射在光學系統的子午平面的傳播方向上分開，分開的不同波長的光束經光學整形系統之後，分別在所述流式系統儀的細胞流動室上形成聚焦光斑。進一步的，所述準直系統為消象差準直透鏡組。進一步的，所述色散分光系統包括至少一個楔形稜鏡。進一步的，所述光束整形系統包括兩組正交的柱面鏡組；所述柱面鏡組為消象差柱面鏡組。進一步的，所述雷射器為半導體雷射器、固體雷射器或氣體雷射器。進一步的，所述合束波導為平面波導或合束光纖。本實用新型的有益效果為採用多通道輸入單通道輸出的合束波導將多個雷射器的光合束輸出之後再對光束進行整形，且各雷射器均為光纖耦合輸出，並通過光纖連接器與合束波導的輸入端連接，使得該光學系統維護簡便、容易調整，如果雷射器發生故障，可以使用新的光纖耦合的雷射器替換，直接連接雷射器的光纖連接器與光學耦合組件的光纖連接器即可；而且多光束合束後共用一套準直、整形系統，需要調整的部件少，結構簡單、穩定,也節約了成本。
圖1為現有技術的一種流式細胞儀示意圖；圖2為本實用新型實施例一結構示意圖；圖3為本實用新型實施例二結構示意圖。附圖標記11』，12』，13』…雷射器；21』，22』，23』…光纖；31』，32』，33』…擴束系統；41』，42』…反射/透射鏡；5』…聚焦鏡；1…雷射光源；101…雷射器；102…輸出光纖;103…光纖連接器;2…光學耦合組件;201…合束波導;202…光纖;203…光纖連接器；3'...準直系統；301…消象差準直透鏡組；4…色散分光系統；401，402…楔形稜鏡；5…光束整形系統；501…第一柱面鏡組；502…第二柱面鏡組；6…聚焦光斑。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
，對本實用新型做進一步說明。本實用新型用於流式細胞儀的多色光學系統，包括依次設置的雷射光源1、光學耦合組件2、準直系統3、色散分光系統4和光束整形系統5 ;其中，雷射光源I包括多個不同波長的雷射器101，各個雷射器101的雷射分別由輸出光纖102輸出；光學耦合組件2包括多通道輸入、單通道輸出的合束波導201，其輸入端的各通道分別連接有光纖202，各光纖202末端分別通過光纖連接器203與各雷射器101的輸出光纖102連接；各雷射器101的雷射經合束波導201合為一束多波長雷射，經準直系統3後由色散分光系統4將不同波長的雷射在光學系統的子午平面的傳播方向上分開，分開的不同波長的光束經光學整形系統5之後，分別在所述流式系統儀的細胞流動室上形成聚焦光斑6。其工作原理為多個不同波長的雷射器101通過帶有光纖連接器103的輸出光纖102輸出，與光學耦合組件2的光纖連接器203相連，這樣多個波長的雷射從光學耦合組件2的多個通道輸入、單個通道合束輸出；利用準直系統3對合束輸出的多色光準直，利用色散分光系統4把完全重合在一起的多色準直光在光學系統的子午平面內，分成沿傳播方向有一定角度差的多色準直光束；具有一定角度差的多色準直光束通過由兩正交的柱面鏡組構成的光束整形系統5整形之後，在細胞流動室上形成間隔相等的長條狀的不同顏色的聚焦光斑6，用於激發待測細胞上標記的不同螢光染料。如圖2所示為本實用新型的實施例一，雷射光源I包括波長分別為488nm和635nm的兩個雷射器101，分別由輸出光纖102耦合輸出；光學耦合組件2包括兩個通道輸入、單通道輸出的合束波導201，其輸入端的各通道分別連接有光纖202，各光纖202末端分別通過光纖連接器203與各雷射器101輸出光纖102的光纖連接器103連接。該實施例中，合束波導201採用的是平面波導，其唯一輸出通道的模場直徑為5μπι;準直系統3採用的是焦距為25mm的消象差準直透鏡組301 (消色差透鏡);色散分光系統4採用的是2mm厚的BK7玻璃製成的頂角6. 327°的楔形稜鏡401 ;光束整形系統5採用的是兩組正交的柱面鏡組，其中第一柱面鏡組501為焦距300mm的消象差柱面鏡組(消色差柱面鏡組)，第二柱面鏡組502為焦距50mm的消象差柱面鏡組。488nm和635nm的兩束雷射經平面波導合束之後由消象差準直透鏡組301準直之後，被楔形稜鏡401分為在子午平面內具有O. 8mrad角度差的兩束準直光束，再經第一柱面鏡組501使兩光束分別在光學系統的弧矢平面內聚焦，然後由第二柱面鏡組502使其在光學系統的子午平面內聚焦，最終在流式細胞儀的細胞流動室上形成間隔約40 μ m的聚焦光斑6，聚焦光斑大小約為60 μ mX 10 μ m。如圖2所示為實施例二，與實施例一不同的是雷射光源I增加了一個波長為405nm的雷射器101，相應的，平面波導為三個輸入通道和一個輸出通道，色散分光系統4採用的是兩個楔形稜鏡的組合，分別為Imm厚的K9玻璃製成的頂角10. 537°的楔形稜鏡401和Imm厚的Fl玻璃製成的頂角2. 2°的楔形稜鏡402，二者通過光膠或深化光膠為一個整體。波長分別為405nm、488nm和635nm的三束雷射經光學耦合組件2的平面波導合為一束光輸出並由消象差準直透鏡組301準直之後，被色散分光系統4分為在子午平面內分別具有
O.8mrad角度差的三束準直光束，即405nm、488nm和635nm的雷射束在子午平面內依次分離開，且405nm的雷射束與488nm的雷射束具有O. 8mrad的夾角，635nm的雷射束也與488nm的雷射束具有O. 8mrad的夾角，即各光束具有相等的角度差；之後再經第一柱面鏡組501使三光束分別在光學系統的弧矢平面內聚焦，然後由第二柱面鏡組502使其在光學系統的子午平面內聚焦，最終在流式細胞儀的細胞流動室上形成間隔約40 μ m的聚焦光斑6，聚焦光斑6大小約為60 μ mX 10 μ m,即各光束最終形成等間距排列的不同波長的聚焦光斑6。上述各實施例中，合束波導201也可以採用多通道輸入單通道輸出的合束光纖；色散分光系統4還可以採用多個具有特定頂角的不同光學材料的楔形稜鏡光膠或深化光膠而成的稜鏡組；準直系統3的消象差準直透鏡組301可以採用多片球透鏡組成；雷射器I可以米用半導體雷射器、固體雷射器或氣體雷射器。儘管結合優選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領域的技術人員應該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本實用新型的精神和範圍內，在形式上和細節上對本實用新型做出的各種變化，均為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種用於流式細胞儀的多色光學系統，包括依次設置的雷射光源、光學耦合組件、準直系統、色散分光系統和光束整形系統；所述雷射光源包括多個不同波長的雷射器，各個雷射器的雷射分別由輸出光纖輸出；其特徵在於所述光學耦合組件包括多通道輸入、單通道輸出的合束波導，其輸入端的各通道分別連接有光纖，各光纖末端分別通過光纖連接器與各雷射器的輸出光纖連接；各雷射器的雷射經合束波導合為一束多波長雷射，經準直系統後由色散分光系統將不同波長的雷射在光學系統的子午平面的傳播方向上分開，分開的不同波長的光束經光學整形系統之後，分別在所述流式系統儀的細胞流動室上形成聚焦光斑。
2.如權利要求1所述用於流式細胞儀的多色光學系統，其特徵在於所述準直系統為消象差準直透鏡組。
3.如權利要求1所述用於流式細胞儀的多色光學系統，其特徵在於所述色散分光系統包括至少一個楔形稜鏡。
4.如權利要求1所述用於流式細胞儀的多色光學系統，其特徵在於所述光束整形系統包括兩組正交的柱面鏡組；所述柱面鏡組為消象差柱面鏡組。
5.如權利要求1-4任一項所述用於流式細胞儀的多色光學系統，其特徵在於所述雷射器為半導體雷射器、固體雷射器或氣體雷射器。
6.如權利要求1-4任一項所述用於流式細胞儀的多色光學系統，其特徵在於所述合束波導為平面波導或合束光纖。
專利摘要本實用新型涉及雷射技術領域，公開了一種用於流式細胞儀的多色光學系統，包括依次設置的雷射光源、光學耦合組件、準直系統、色散分光系統和光束整形系統；雷射光源包括多個不同波長的雷射器，各個雷射器的雷射分別由輸出光纖輸出；光學耦合組件包括多通道輸入、單通道輸出的合束波導，其輸入端的各通道分別連接有光纖，各光纖末端分別通過光纖連接器與各雷射器的輸出光纖連接。該結構採用多通道輸入單通道輸出的合束波導將多個雷射器的光合束輸出之後再對光束進行整形，且各雷射器均為光纖耦合輸出，並通過光纖連接器與合束波導的輸入端連接，使得該光學系統維護簡便、容易調整，且結構簡單、穩定，也節約了成本。
文檔編號G02B27/10GK202886734SQ20122061215
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者楊金濤, 李大汕, 沈淵, 張哨峰 申請人:上海高意雷射技術有限公司