DE10313987B4

DE10313987B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Beleuchtung eines Objekts

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Publication number: DE10313987B4
Application number: DE2003113987
Authority: DE
Inventors: Volker Dr. Seyfried
Original assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: DE10313987A1

Abstract

Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts, insbesondere in der Mikroskopie, mit einer Lichtquelle (1) und einem vorzugsweise als Glasfaser ausgeführten mikrostrukturierten Element (2), wobei das Licht der Lichtquelle (1) in das Element (2) einkoppelbar ist und das Licht beim Durchlaufen des Elements (2) spektral verbreitert wird, gekennzeichnet durch Mittel zur gezielten Beeinflussung des Phasen- und/oder Amplitudenverlaufs der einzelnen spektralen Anteile des einzukoppelnden Lichts (Beeinflussungsmittel 3), wodurch das beim Durchlaufen des Elements (2) entstehende Breitbandspektrum zumindest weitgehend einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts, insbesondere in der Mikroskopie, mit einer Lichtquelle und einem vorzugsweise als Glasfaser ausgeführten mikrostrukturierten Element, wobei das Licht der Lichtquelle in das Element einkoppelbar ist und das Licht beim Durchlaufen des Elements spektral verbreitert wird.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beleuchtung eines Objekts, insbesondere in der Mikroskopie, wobei Licht einer Lichtquelle in ein mikrostrukturiertes Element eingekoppelt und das Licht beim Durchlaufen des Elements spektral verbreitert wird, insbesondere zur Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine ganz besondere Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere unter Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Aus der Praxis ist es bekannt, dass Laserlicht, insbesondere Femto- oder Pikosekundenlaserpulse, durch mikrostrukturierte Glasfasern geleitet wird, wobei sich das Spektrum des Laserlichts bzw. der Laserpulse spektral verbreitert (vgl. Champert et al., Opt. Lett 27, No. 2, p. 122 January 15, 2002). In der englischsprachigen Fachliteratur werden die mikrostrukturierten Fasern oftmals als photonic band gap material, photon crystal fiber, microstructured fiber, holey fiber oder hollow fiber bezeichnet. Das beim Durchlaufen der mikrostrukturierten Glasfaser spektral veränderte Licht lässt sich in vorteilhafter Weise zu Beleuchtungszwecken in der Mikroskopie verwenden, insbesondere in der Konfokalmikroskopie (vgl. DE 101 15 488 A1 ).

Eine effiziente Nutzung des beim Durchlaufen des mikrostrukturierten Materials entstehenden Breitbandspektrums ist jedoch bislang nur bedingt möglich, da nämlich ein Teil des eingekoppelten Lichts nicht konvertiert wird oder die spektrale Zusammensetzung des Lichts nicht den Anforderungen der jeweiligen Beleuchtungssituation entspricht. So erstreckt sich das entstehende Spektrum beispielsweise nicht weit genug in Richtung kurzer und/oder langer Wellenlängen und hat oftmals nicht den gewünschten – beispielsweise flachen – Frequenzgang.

Zur grundsätzlichen Entstehung eines Breitbandspektrums in einem mikrostrukturierten Material, so beispielsweise in einer mikrostrukturierten Glasfaser, sei zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Folgendes ausgeführt:
Während das Licht das mikrostrukturierte Material, so beispielsweise die mikrostrukturierte Glasfaser, durchläuft, laufen im Inneren des Materials meist gleichzeitig mehrere Prozesse ab. So erfolgt dort beispielsweise eine Vierwellenmischung (four wave mixing), eine stimulierte Ramanstreuung, Selbst- und Kreuzphasenmodulation, Solitonenzerfälle sowie Dispersion. Des Weiteren laufen nichtlineare Prozesse höherer Ordnung ab. Der Ablauf und die Effizienz der im Material stattfindenden Prozesse hängt vom zeitlichen Verlauf des elektromagnetischen Lichtfeldes an den verschiedenen Orten im Inneren des mikrostrukturierten Materials ab, und zwar insbesondere von der zeitabhängigen spektralen Zusammensetzung sowie von der zeitabhängigen Intensität des Lichtfeldes. Dies hat unter anderem zur Folge, dass an unterschiedlichen Orten im Inneren des mikrostrukturierten Materials unterschiedliche Prozesse dominieren können, die dann in Konsequenz das Lichtfeld beeinflussen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich aufgrund der ablaufenden Prozesse der zeitliche Verlauf des elektromagnetischen Lichtfelds entlang des mikrostrukturierten Materials bzw. entlang der mikrostrukturierten Glasfaser ändert.

Bei einer Einkopplung des spektral zu verändernden Lichts in das mikrostrukturierte Material, bei der das Licht üblicherweise mit Hilfe einer Linsenanordnung auf den Material- bzw. Fasereingang fokussiert wird, erhält man an jedem Ort in dem Material ein bestimmtes Lichtfeld. Am Ausgang des Materials liegt dann ein sich aus den im Inneren des Materials abgelaufenen Prozessen ergebendes Breitbandspektrum vor. Üblicherweise ist bei einer solchen Einkopplung des Lichts in das Material die Spitzenintensität im Fasereingang am höchsten und das Spektrum am schmalsten. Während des Durchlaufens verbreitert sich dann das Spektrum, wobei die Spitzenintensität aufgrund von Dispersion und Selbstphasenmodulation typischerweise abnimmt. Der zeitliche und räumliche Verlauf der Breitbanderzeugung in dem Material ist durch die Mikrostruktur sowie durch das Spektrum und die Intensität des eingestrahlten Lichts vorgegeben und lässt sich durch die aus der Praxis bekannten Maßnahmen wie Intensitätsvariation, Polarisationsänderung oder Variation der Faserlänge nur bedingt beeinflussen.

Aus der DE 101 39 754 A1 ist eine Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts in der Mikroskopie bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle und ein mikrostrukturiertes Element, wobei das Licht der Lichtquelle in das mikrostrukturierte Element einkoppelbar ist und wobei das Licht beim Durchlaufen des mikrostrukturierten Elements spektral verändert wird. Des Weiteren sind Mittel zur gezielten Beeinflussung des Phasen- und/oder Amplitudenverlaufs des einzukoppelnden Lichts vorhanden. Diese Mittel dienen lediglich zum Einstellen der Anteile des Lichts bezüglich der beiden dort vorgesehenen Kanäle. Eine gezielte Beeinflussung der spektralen Anteile des einzukoppelnden Lichts ist nicht vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine gattungsbildende Vorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass sie sich mit hinreichender Effizienz für unterschiedlichste Anwendungen eignet. Des Weiteren ist ein entsprechendes Verfahren und sind schließlich geeignete Verwendungen anzugeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. In Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 36 gelöst. Verwendungen sind in Patentanspruch 37 beansprucht.

In vorrichtungsmäßiger Hinsicht ist zunächst einmal erkannt worden, dass sich die beim Durchlaufen eines mikrostrukturierten Materials entstehende spektrale Verbreiterung des Lichts effizient nutzen lässt, und zwar bei unterschiedlichsten Beleuchtungsanforderungen. Eine effiziente Nutzung der zwangsweise stattfindenden spektralen Verbreiterung bzw. des so entstehenden Breitbandspektrums ist jedoch nur dann möglich, wenn bereits vor der Einkopplung des Lichts in das mikrostrukturierte Material Maßnahmen ergriffen werden. So ist in Abweichung zu allen bisherigen Bemühungen und entsprechenden Vorkehrungen erkannt worden, dass man die Erzeugung des Breitbandspektrums ganz besonders durch eine Variation des Phasenverlaufs und/oder des Amplitudenverlaufs der einzelnen spektralen Anteile des in das mikrostrukturierte Material einzukoppelnden Lichts beeinflussen kann, und zwar weitaus effektiver, als mit bisherigen Maßnahmen. Entsprechend sind Mittel zur gezielten Beeinflussung des Phasen- und/oder Amplitudenverlaufs der einzelnen spektralen Anteile des einzukoppelnden Lichts vorgesehen, die der einfachen Benennung halber nachfolgend stets als Beeinflussungsmittel bezeichnet sind. Durch Vorkehrung der Beeinflussungsmittel lässt sich das beim Durchlaufen des mikrostrukturierten Materials – nachfolgend stets mikrostrukturiertes Element genannt – entstehende Breitbandspektrum zumindest weitgehend einstellen, wodurch es nunmehr möglich ist, das bewusst erzeugte Breitbandspektrum mit an die jeweiligen Erfordernissen in nahezu idealer Weise anzupassen.

Grundsätzlich ist zu beachten, dass sich die Breitbanderzeugung in mikrostrukturierten Materialien von anderen nicht linearen Prozessen dadurch unterscheidet, dass unterschiedliche Prozesse an meist räumlich getrennten Orten stattfinden, so dass nicht automatisch eine möglichst hohe Spitzenintensität bei möglichst kurzen Pulsen beispielsweise am Fasereingang zu optimalen Ergebnissen führt. Ganz im Gegenteil ist der Phasen-/Amplitudenverlauf in erfindungsgemäßer Weise derart anzupassen, dass gerade an den richtigen Steilen im Inneren des Materials bzw. der Faser die richtigen Bedingungen für die dort erforderlichen bzw. erwünschten Prozesse vorliegen.

Wesentlich ist jedenfalls, dass zur Einkopplung des Lichts in das mikrostrukturierte Material besondere Vorkehrungen getroffen sind, um nämlich den Phasen- und/oder Amplitudenverlauf des Lichts zu verändern bzw. einzustellen. Dazu lassen sich Mittel bzw. Vorrichtungen verwenden, wie sie aus dem Stand der Technik zu entsprechenden Zwecken, jedoch an ganz anderer Stelle, verwendet werden.

In vorteilhafter Weise sind die Beeinflussungsmittel im Strahlengang vor der Einkopplung in das mikrostrukturierte Element angeordnet, genauer gesagt im Beleuchtungsstrahlengang zwischen der Lichtquelle und der Einkopplungsstelle.

Wie bereits zuvor erwähnt, lassen sich unterschiedlichste Beeinflussungsmittel verwenden, um nämlich den Phasen- und/oder Amplitudenverlauf des einzukoppelnden Lichts gezielt zu beeinflussen. So ist es denkbar, dass es sich bei den Beeinflussungsmitteln um Prismen- oder Gitterkompressoren handelt. Prismen- oder Gitterstretcher kommen ebenfalls in Frage. Filter unterschiedlichster Bauart lassen sich verwenden.

Grundsätzlich ist es möglich, dass die Beeinflussungsmittel als positiv oder negativ dispersives Material, vorzugsweise als hochdispersives Material, ausgeführt sind.

Bei diesem Material kann es sich beispielsweise um einen SF 10-Stab handeln. Ebenso ist es auch denkbar, dass als dispersives Material eine Glasfaser dem mikrostrukturierten Element vorgeschaltet ist, wobei diese Glasfaser ebenfalls mikrostrukturiert sein kann.

In weiter vorteilhafter Weise liegt die Nulldispersionswellenlänge der vorgeschalteten mikrostrukturierten Glasfaser zumindest teilweise unterhalb des Spektrums des einzuspeisenden Lichts. Die vorgeschaltete Glasfaser könnte an das vorzugsweise ebenfalls als Glasfaser ausgeführte mikrostrukturierte Element angespleißt sein.

Ebenso ist es möglich, dass es sich bei den Beeinflussungsmitteln um einen Pulsformer handelt. Insoweit wird beispielsweise verwiesen auf Review of Scientific Instruments, Vol 71, No. 5, p. 1929 ff. (2000). Der Pulsformer könnte auf LCD-, AOM-, oder Maskenbasis arbeiten oder ein AOPDF (Acousto Optic Programmable Dispersive Filter) sein. Ebenso könnte der Pulsformer, vorzugsweise auf LCD- oder AOM-Basis, computergesteuert sein. Vorzugsweise über einen Spektralanalysator und einen Computer könnte der Pulsformer rückgekoppelt und mit Hilfe eines sich so ergebenden Regelkreises optimierbar sein. Ein solcher Regelkreis könnte mit einem evolutionären Algorithmus arbeiten. Zur Optimierung könnte in weiter vorteilhafter Weise eine geeignete Bewertungsfunktion (merit function/cost function) dienen, die beispielsweise die Abweichung des Ist-Spektrums von einem vorzugebenden Soll-Spektrum bewertet.

Hinsichtlich der grundsätzlich verwendbaren Beeinflussungsmittel sei darauf hingewiesen, dass diese auch als Neutralfilter, Farbverlaufsfilter, Etalon, Band-, Tief- oder Hochpass, Kerbfilter, Chirped-Mirror oder als Kombination entsprechender Elemente, auch gleichen Typs, ausgeführt sein können, wobei hier ganz besonders darauf hingewiesen sei, dass eine Kombination von Mitteln unterschiedlicher Typen, aber auch gleichen Typs, möglich ist.

Hinsichtlich einer konkreten Ausgestaltung der Anordnung der Beeinflussungsmittel in Bezug auf das mikrostrukturierte Element ist es denkbar, dass die Beeinflussungsmittel fest mit dem mikrostrukturierten Element verbunden sind. So könnten die Beeinflussungsmittel auch gemeinsam mit dem mikrostrukturierten Element in einem Gehäuse angeordnet sein, so dass sich insgesamt eine kompakte und dabei einheitlich zu handhabende Einheit ohne weiteren Justageaufwand ergibt.

Nun ist es grundsätzlich möglich, im Strahlengang vor der eigentlichen Einkopplung in das mikrostrukturierte Element weitere optische Elemente bzw. Bausteine vorzusehen, die entweder die Einkopplung als solche begünstigen oder aber auch sich auf die spektrale Aufweitung innerhalb des mikrostrukturierten Elements auswirken. So könnte im Strahlengang vor der eigentlichen Einkopplung in das mikrostrukturierte Element eine variable oder feste Abschwächeinheit vorgesehen sein, wobei die Abschwächeinheit absorbierendes oder reflektierendes Material umfassen könnte.

Ebenso ist es denkbar, eine Abschwächeinheit auf Polarisationsbasis zu verwenden.

Im Strahlengang vor der Einkopplung in das mikrostrukturierte Element könnte – für sich gesehen – eine polarisationsbeeinflussende Einheit angeordnet sein, die beispielsweise als λ/2- oder λ/4-Plättchen oder als Kombination der beiden ausgeführt ist.

Eine variable Abschwächeinheit könnte auch dazu benutzt werden, die Intensität des Beleuchtungslichts über eine geeignete Regelung mit Hilfe von Monitordioden oder Spektralanalysatoren vor oder nach dem mikrostrukturierten Element konstant zu halten oder anzupassen.

Des Weiteren ist es denkbar, dass im Strahlengang vor der eigentlichen Einkopplung in das mikrostrukturierte Element ein AOM (Acousto Optical Modulator), ein AOTF (Acousto Optical Tunable Filter), ein AOPDF (Acousto Optic Programmable Dispersive Filter), ein variabler Abschwächer auf Flüssigkristallbasis oder ein LCTF (Liquid Crystal Tunable Filter) vorgesehen ist.

Im Strahlengang vor oder nach den Beeinflussungsmitteln, auf jeden Fall jedoch vor der eigentlichen Einkopplung in das mikrostrukturierte Element, sind in weiter vorteilhafter Weise Mittel zur Frequenzerhöhung, vorzugsweise zur Frequenzverdoppelung oder Frequenzverdreifachung, angeordnet. Bei einfacher Bauart kann es sich dabei um einen Kristall handeln. Auch Lichtleitfasern zur Aufwärtskonvertierung (Up-Conversion) sind denkbar.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn vor der mikrostrukturierten Einheit eine vorzugsweise achromatische Einkoppellinse vorgesehen ist. Entsprechend könnte nach der mikrostrukturierten Einheit eine vorzugsweise achromatische Kollimatorlinse vorgesehen sein.

Bei dem einzukoppelnden Licht könnte es sich um das Licht einer Laserlichtquelle handeln, vorzugsweise um das gepulste Licht einer Laserlichtquelle. Die Lichtquelle könnte im Konkreten als besondere Lichtquelle ausgeführt sein, vorzugsweise als gepulste Laserdiode, Distributed-Feedback-Laser, Femto- oder Pikosekundenlaseroszillator, nachverstärkter Oszillator, OPG oder OPO, oder dgl..

Hinsichtlich der Beschaffenheit des mikrostrukturierten Elements ist es von Vorteil, wenn dort die Nulldispersionswellenlänge des Elements, vorzugsweise der Faser, größer oder gleich der Zentralwellenlänge des eingekoppelten Lichts ist. Das mikrostrukturierte Element könnte auch so beschaffen sein, dass die Nulldispersionswellenlänge des Elements, vorzugsweise der Faser, ein Vielfaches oder ein Teiler der Zentralwellenlänge des eingekoppelten Lichts ist.

Sofern es sich bei dem mikrostrukturierten Element um eine Glasfaser handelt, könnte diese mit zur Einkopplung dienenden Steckverbindern versehen sein, so dass sich der Anschluss beliebiger Beeinflussungsmittel, insbesondere die Vorschaltung einer weiteren Glasfaser, vereinfachen lässt.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 36. Danach ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass durch gezielte Beeinflussung des Phasen- und/oder Amplitudenverlaufs der einzelnen spektralen Anteile des einzukoppelnden Lichts das beim Durchlaufen des Elements entstehende Breitbandspektrum beeinflusst wird. In vorteilhafter Weise nutzt das Verfahren die erfindungsgemäße Vorrichtung, vorzugsweise mit vorteilhaften Ausgestaltungen gemäß den voranstehenden Ausführungen.

In verwendungsmäßiger Hinsicht wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 37 gelöst, wonach die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise unter Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beleuchtung in der Mikroskopie, der konfokalen Mikroskopie, der Weißlichtinterferometrie, speziell für Entfernungsmessungen, zur Optical Coherence Tomography (OCT), zur Messung optischer Frequenzen, etc., verwendet wird.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung verschiedener Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Beeinflussungsmittel als Prismenkompressor ausgeführt sind,
2 in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Beeinflussungsmittel als Gitterstretcher, Gitterkompressor, Filter oder dispersives Material ausgeführt sind,
3 in schematischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Beeinflussungsmittel als regelkreisoptimierter Pulsformer ausgeführt sind,
4 in schematischer Darstellung ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Beeinflussungsmittel vorgeschaltete Glasfaser ausgeführt sind.
Die 1 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beleuchtung eines in den Figuren nicht gezeigten Objekts, wobei es sich hier im Konkreten um eine Vorrichtung handelt, die in der konfokalen Mikroskopie einsetzbar ist. Die Vorrichtung umfasst eine Lichtquelle 1 und ein mikrostrukturiertes Element, welches bei den hier gewählten Ausführungsbeispielen einheitlich als mikrostrukturierte Glasfaser 2 ausgeführt ist. Das Licht der Lichtquelle 1 ist in die Glasfaser 2 einkoppelbar, wobei das Licht beim Durchlaufen der Glasfaser 2 spektral verbreitert wird.
Erfindungsgemäß sind Mittel zur gezielten Beeinflussung des Phasen- und/oder Amplitudenverlaufs der einzelnen spektralen Anteile des einzukoppelnden Lichts vorgesehen, die nachfolgend der Einfachheit halber als Beeinflussungsmittel 3 bezeichnet sind. Die 1 bis 4 unterscheiden sich insbesondere durch unterschiedliche Beeinflussungsmittel 3, wodurch nämlich das beim Durchlaufen der Glasfaser 2 entstehende Breitbandspektrum zumindest weitgehend einstellbar bzw. beeinflussbar ist.
Gemäß der Darstellung in 1 durchläuft das von der Lichtquelle 1 ausgehende Licht ein polarisationsbeeinflussendes Element 4 und eine Abschwächeinheit 5, welche fest oder variabel ausgeführt sein kann.
Als Beeinflussungsmittel 3 dient bei der Ausführung gemäß 1 ein Prismenkompressor 6. Danach gelangt das einzukoppelnde Licht über eine Einkoppellinse 7 zur Einkoppelstelle 8, wobei über die Einkoppellinse 7 eine Fokussierung auf die Einkoppelstelle 8 der Glasfaser 2 stattfindet. Das Licht durchläuft die mikrostrukturierte Glasfaser 2 und weitet sich beim Durchlaufen der Glasfaser 2 spektral auf. Das spektral aufgeweitete Licht durchläuft danach eine Kollimatorlinse 9, wobei die Einkoppellinse 7 und die Kollimatorlinse 9 achromatisch ausgeführt sind.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist vor dem Beeinflussungsmittel 3 ein polarisationsbeeinflussendes Element 4 und ein akustooptisches Bauteil 10 angeordnet. Das Beeinflussungsmittel 3 ist als Gitterstretcher 11 ausgebildet, wobei stattdessen auch ein Gitterkompressor, ein Filter oder dispersives Material zum Einsatz kommen kann. Über die Einkoppellinse 7 wird das Licht auf die Einkoppelstelle 8 fokussiert, durchläuft die mikrostrukturierte Glasfaser 2 und gelangt über die Kollimatorlinse 9 als Beleuchtungslichtstrahl 12 in den Beleuchtungsstrahlengang 13.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Beeinflussungsmittel 3 als Pulsformer 14 ausgeführt, wobei dieser über einen Spektralanalysator 15 und einen Computer 16 bzw. Mikroprozessor, DSP oder FPGA 16 rückgekoppelt und mit Hilfe eines Regelkreises 17 bzw. über die so gebildete Regelstrecke 18 optimierbar ist. Der Regelkreis 17 arbeitet mit einem evolutionären Algorithmus. Insoweit wird auf die Ausführungen im allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.
Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst als Beeinflussungsmittel 3 eine vorgeschaltete Glasfaser 20, die an einer Spleißstelle 21 mit der mikrostrukturierten Glasfaser 2 verspleißt ist. Die vorgeschaltete Glasfaser 20 dient als negativ dispersives Element. Auch hier gelangt das spektral aufgeweitete Licht über eine Kollimatorlinse 9 als Beleuchtungslichtstrahl 12 in den Beleuchtungsstrahlengang 13.
Schließlich sei angemerkt, dass die voranstehend erörterten Ausführungsbeispiele zur Erläuterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Vorrichtung zur Beleuchtung eines Objekts, insbesondere in der Mikroskopie, mit einer Lichtquelle (1) und einem vorzugsweise als Glasfaser ausgeführten mikrostrukturierten Element (2), wobei das Licht der Lichtquelle (1) in das Element (2) einkoppelbar ist und das Licht beim Durchlaufen des Elements (2) spektral verbreitert wird, gekennzeichnet durch Mittel zur gezielten Beeinflussung des Phasen- und/oder Amplitudenverlaufs der einzelnen spektralen Anteile des einzukoppelnden Lichts (Beeinflussungsmittel 3), wodurch das beim Durchlaufen des Elements (2) entstehende Breitbandspektrum zumindest weitgehend einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungsmittel (3) als Prismen- oder Gitterkompressor (6) ausgeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungsmittel (3) als Prismen- oder Gitterstretcher (11) ausgeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungsmittel (3) als Filter ausgeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungsmittel (3) als positiv oder negativ dispersives Material, vorzugsweise als hochdispersives Material, ausgeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem dispersiven Material um einen SF 10-Stab handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem dispersiven Material um eine vorgeschaltete Glasfaser (20) handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeschaltete Glasfaser (20) mikrostrukturiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nulldispersionswellenlänge der vorgeschalteten Glasfaser (20) zumindest teilweise unterhalb des Spektrums des einzuspeisenden Lichts liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeschaltete Glasfaser (20) an das vorzugsweise als Glasfaser ausgeführte mikrostrukturierte Element (2) angespleißt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungsmittel (3) als Pulsformer (14) ausgeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsformer (14) auf LCD-, AOM-, oder Maskenbasis arbeitet oder ein AOPDF ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsformer (14), vorzugsweise auf LCD-, AOM- oder AOPDF-Basis, computergesteuert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsformer (14) vorzugsweise über einen Spektralanalysator (15) und einen Computer, Mikroprozessor, DSP oder FPGA (16) rückgekoppelt und mit Hilfe eines Regelkreises (17) optimierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (17) mit einem evolutionären Algorithmus arbeitet.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Optimierung eine geeignete Bewertungsfunktion dient, die beispielsweise die Abweichung des Ist-Spektrums vom Soll-Spektrum bewertet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungsmittel (3) als Farbverlaufsfilter, Etalon, Band-, Tief- oder Hochpass, Kerbfilter, Chirped-Mirror oder als Kombination entsprechender Elemente, auch gleichen Typs, ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungsmittel (3) fest mit dem mikrostrukturierten Element (2) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussungsmittel (3) gemeinsam mit dem mikrostrukturierten Element (2) in einem Gehäuse angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang vor der eigentlichen Einkopplung in das mikrostrukturierte Element (2) eine variable oder feste Abschwächeinheit (5) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschwächeinheit (5) absorbierendes oder reflektierendes Material umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschwächeinheit (5) auf Polarisationsbasis arbeitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang vor der Einkopplung in das mikrostrukturierte Element (2) eine polarisationsbeeinflussende Einheit (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die polarisationsbeeinflussende Einheit (4) als λ/2- und/oder λ/4-Plättchen ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang vor der eigentlichen Einkopplung in das mikrostrukturierte Element (2) ein akustooptisches Bauteil (10) oder ein Bauteil auf Flüssigkristallbasis vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang vor oder nach den Beeinflussungsmitteln (3), auf jeden Fall vor der eigentlichen Einkopplung in das mikrostrukturierte Element (2), Mittel zur Frequenzerhöhung, vorzugsweise zur Frequenzverdopplung oder Frequenzverdreifachung, angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Frequenzerhöhung als Kristall oder als Lichtleitfaser ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem mikrostrukturierten Element (2) eine vorzugsweise achromatische Einkoppellinse (7) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem mikrostrukturierten Element (2) eine vorzugsweise achromatische Kollimatorlinse (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das einzukoppelnde Licht gepulst ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (1) als Laserlichtquelle ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserlichtquelle als gepulste Laserdiode, Distributed-Feedback-Laser, Femto- oder Pikosekundenlaseroszillator, nachverstärkter Oszillator, OPG oder OPO ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das mikrostrukturierte Element (2) so beschaffen ist, dass die Nulldispersionsweilenlänge des Elements (2), vorzugsweise der Faser, größer oder gleich der Zentralwellenlänge des eingekoppelten Lichts ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das mikrostrukturierte Element (2) so beschaffen ist, dass die Nulldispersionswellenlänge des Elements (2), vorzugsweise der Faser, ein Vielfaches oder ein Teiler der Zentralwellenlänge des eingekoppelten Lichts ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaser (2) mit zur Ankopplung dienenden Steckverbindern versehen ist.
Verfahren zur Beleuchtung eines Objekts, insbesondere in der Mikroskopie, wobei Licht einer Lichtquelle (1) in ein mikrostrukturiertes Element (2) eingekoppelt und das Licht beim Durchlaufen des Elements (2) spektral verbreitert wird, insbesondere zur Anwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass durch gezielte Beeinflussung des Phasen- und/oder Amplitudenverlaufs der einzelnen spektralen Anteile des einzukoppelnden Lichts das beim Durchlaufen des Elements (2) entstehende Breitbandspektrum beeinflusst wird.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, insbesondere unter Nutzung eines Verfahrens nach Anspruch 36, zur Beleuchtung in der Mikroskopie, der konfokalen Mikroskopie, der Weißlichtinterferometrie, speziell für Entfernungsmessungen, der Optical Coherence Tomography (OCT), der Messung optischer Frequenzen, etc..