CN116008175A

CN116008175A - 光学探针

Info

Publication number: CN116008175A
Application number: CN202111320090.9A
Authority: CN
Inventors: 王淇霖; 张启伸; 李源钦
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2023-04-25
Also published as: US20230127319A1; TWI800046B; TW202318000A

Abstract

本发明公开一种光学探针，包括：柱状透镜，适于接收与传递入射光，所述柱状透镜的出光面为曲面端面，所述曲面端面上具有同心环状的绕射微结构。其中所述光学探针的工作位置为以设计波长的所述入射光通过所述绕射微结构时绕射阶数为1的位置。具有第一波长的所述入射光通过所述柱状透镜时，会与所述绕射微结构产生绕射效应，并汇聚在绕射阶数为1的第一波长工作位置，所述第一波长工作位置与所述光学探针的所述工作位置大致上相同。具有第二波长的所述入射光经所述柱状透镜的所述曲面端面折射后，汇聚于第二波长工作位置，所述第二波长工作位置与所述光学探针的所述工作位置大致上相同。其中，所述设计波长介于所述第一波长与所述第二波长之间。

Description

光学探针

技术领域

本发明涉及一种光学组件，特别是涉及一种光学探针。

背景技术

目前市售的光学同调断层扫描探针，常用的光源波长有880/1310/1550nm三种。由于光学同调断层扫描探针对不同波长的入射光会产生不同的色散，因此改变光学同调断层扫描探针的入射光波长会改变汇聚点的位置，造成工作距离的改变。

然而，对光学同调断层扫描应用而言，若无法满足在改变入射光波长时，工作距离改变小于10μm的需求，如果要观察不同波长的断层影像，便需要更换探针。更换对应不同波长的探针需要重新校正参考臂光程。此外，因为不同波长所产生的色差，探针检测位置会偏离，也就是不同波长检测到的位置不同。因此，手术中抽换探针会延长手术过程，提高手术风险。所以需要有涵盖更大波长范围的单一光学同调断层扫描探针，以利有效提高刺激电极植入位置的准确性。

发明内容

本案提供一种光学探针，包括：一柱状透镜，适于接收与传递一入射光，所述柱状透镜的出光面为曲面端面，所述曲面端面上具有同心环状的绕射微结构，其中所述光学探针的工作位置为以一设计波长的所述入射光通过所述绕射微结构时绕射阶数为1的位置，具有第一波长的所述入射光通过所述柱状透镜时，会与所述绕射微结构产生绕射效应，并汇聚在绕射阶数为1的第一波长工作位置，所述第一波长工作位置与所述光学探针的所述工作位置大致上相同，具有第二波长的所述入射光经所述柱状透镜的所述曲面端面折射后，汇聚于第二波长工作位置，所述第二波长工作位置与所述光学探针的所述工作位置大致上相同。其中，所述设计波长介于所述第一波长与所述第二波长之间。

附图说明

图1A是根据本案的实施例的光学探针的示意图；

图1B是根据本案的另一实施例的光学探针的示意图；

图1C是根据本案的又一实施例的光学探针的示意图；

图2A是根据本案的实施例的一波长范围的绕射效率的示意图；

图2B是根据本案的实施例的另一波长范围的绕射效率的示意图；

图3A是根据本案的实施例的一种绕射微结构的剖面图；

图3B是根据本案的实施例的一种柱状透镜的曲面端面的剖面图；

图4A是根据本案的实施例的另一种绕射微结构的剖面图；

图4B是根据本案的实施例的另一种柱状透镜的曲面端面的剖面图。

符号说明

10：光学探针

11、11A：第一光轴

11’、11B：第二光轴

12：柱状透镜

12A：第一柱状透镜

12B：第二柱状透镜

14：平面端面

16：曲面端面

18：绕射微结构

20：反射镜

H：曲面高度

h：绕射微结构高度

L：入射光

l：柱状透镜长度

P0、P1、P2：工作位置

w：柱状透镜宽度

WD：工作距离

λ0：设计波长

λ、λ1、λ2：波长

具体实施方式

下文列举实施例并配合所附的附图来进行详细的说明，但所提供的实施例并非用以限制本案所涵盖的范围。此外，所绘附图中的组件尺寸系为说明方便而绘制，并非代表其实际的组件尺寸比例。为了方便理解，下文中相似的组件将以相同的符号标示来说明。

本案实施例的说明中不同范例可能使用重复的参考符号及/或用字。这些重复符号或用字是为了简化与清晰的目的，并非用以限定各个实施例及/或所述外观结构的关系。再者，若是本说明书以下的揭露内容叙述了将第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，还包含了将附加的特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与上述第二特征可能未直接接触的实施例。

图1A是一种光学探针10的剖面图。光学探针10包括柱状透镜12。柱状透镜12为可部分透光的柱状体，具有均匀的折射率。在一实施例中，柱状透镜12的长度l约为5～10mm，宽度w(即柱状透镜12的直径)约为250～880μm。在一实施例中，柱状透镜12的材质可以是高分子化合物、塑料、玻璃等。在一实施例中，柱状透镜的折射率约在1.5～1.8之间。

柱状透镜12适于接收与传递入射光L，其具有相对的平面端面14与曲面端面16。平面端面14是柱状透镜12的入光面，与光纤耦接(未绘示)，以使具有不同波长λ0、λ1、λ2的入射光L由光纤导入柱状透镜12。曲面端面16与平面端面14相对，为柱状透镜12的出光面。在一实施例中，曲面端面16为球面。而在另一实施例中，曲面端面16为非球面。

柱状透镜12的曲面端面16上具有以柱状透镜12的第一光轴11为圆心的同心环状的绕射微结构18。在一实施例中，绕射微结构18与柱状透镜12的曲面端面16为一体成形。在另一实施例中，可单独形成绕射微结构18，再将绕射微结构18贴在柱状透镜12的曲面端面16上。本发明并不加以限制。

绕射微结构18以一设计波长λ0进行设计，使得当入射光L的波长等于设计波长λ0时，具有良好的绕射效率。光学探针10的工作位置P0定义为以设计波长λ0的入射光L通过绕射微结构18时绕射阶数m＝1的位置，而光学探针10的工作距离WD定义为设计波长λ0的工作位置P0与曲面端面16的距离。当入射光L的波长为不同于设计波长λ0的第一波长λ1时，其经过绕射效应而汇聚在绕射阶数m＝1的位置为P1，此时P1被称为第一波长工作位置。当入射光L的波长为不同于设计波长λ0的第二波长λ2时，其经由曲面端面16的折射而汇聚在第二波长工作位置P2。第一波长工作位置P1与第二波长工作位置P2相对于曲面端面16的距离则称为是第一波长工作距离与第二波长工作距离。设计波长λ0介于第一波长λ1与第二波长λ2之间，且第一波长工作位置P1、第二波长工作位置P2与设计波长λ0的工作位置P0大致上相同。此处的「大致上相同」指的是，第一波长工作位置P1、第二波长工作位置P2相较于设计波长λ0的工作位置P0可能会有一些偏移，但由于此偏移量很小，对于光学探针10在使用不同入射波长的入射光L时，不致影响其工作效果。详细来说，如图1A所示，第一波长工作位置P1、第二波长工作位置P2与设计波长λ0的工作位置P0的偏移均小于一距离Δ。在一实施例中，距离Δ小于10μm，符合光学同调断层扫描探针的工作需求，以在观察不同波长的断层影像时，达到不需更换光学探针的效果。

图1B是另一实施例的光学探针10’的剖面图。光学探针10’与图1A的光学探针10相似，但要注意的是，光学探针10’还包括一反射镜20，配置在柱状透镜12的曲面端面16后方，使入射光L在离开柱状透镜12后，会经由反射镜20反射转向，沿着第二光轴11’前进。其中第二光轴11’与柱状透镜12的第一光轴11相互垂直。

当具有不同波长λ0、λ1、λ2的入射光L沿柱状透镜12的第一光轴11入射之后，经平面镜20反射，并汇聚于工作位置P0、P1、P1处。通过平面镜20，可使通过光学探针10’的柱状透镜12的入射光L相对于柱状透镜12的第一光轴11产生90度偏转，以便于在使用上可针对不同方向进行侦测，增加操作上的弹性。

图1C是另一实施例的光学探针10”的剖面图。光学探针10”包括两个柱状透镜(即第一柱状透镜12A与第二柱状透镜12B)与反射镜20’，反射镜20’设置在第一柱状透镜12A与第二柱状透镜12B之间，以形成L型的外观。第一柱状透镜12A、第二柱状透镜12B与反射镜20’可设计为一体成形，形成一透镜反射结构。入射光L沿第一光轴11A进入第一柱状透镜12A后，经反射镜20’反射后，沿第二柱状透镜12B的第二光轴11B通过第二柱状透镜12B，并经由第二柱状透镜12B的出光面，即曲面端面16出光。第一柱状透镜12A的第一光轴11A与第二柱状透镜12B的第二光轴11B相互垂直。

当具有不同波长λ0、λ1、λ2的入射光L沿第一柱状透镜12A的第一光轴入射之后，经反射镜20’反射进入第二柱状透镜12B，并分别汇聚于工作位置P0、P1、P1处。通过设置反射镜20’，可使光学探针10”在第二柱状透镜12B的出光面，即曲面端面16(与绕射微结构18)相对于第一柱状透镜12A的第一光轴11A产生90度偏转，以便于在使用上可针对不同方向进行侦测，增加操作上的弹性。

根据上述实施例，图1B与图1C均可通过反射镜20与20’来改变入射光L的方向。在图1B的光学探针10’中，反射镜20位于柱状透镜12之外，因此入射光L是在离开柱状透镜12之后才经由反射镜20改变方向。在图1C的光学探针10”中，反射镜20’位于第一柱状透镜12A及第二柱状透镜12B之间，且三者为一体成形的透镜反射结构，因此入射光L是在透镜反射结构中改变方向后，才由透镜反射结构的出光面出光。

请参考图1A、图1B与图1C。当具有不同波长λ0、λ1、λ2的入射光L以平行柱状透镜12(或第一柱状透镜12A)的第一光轴11(或11A)的方向射入，并由曲面端面16离开柱状透镜12(或第二柱状透镜12B)时，部份入射光L经由曲面端面16上的绕射微结构18产生绕射效应而分别汇聚于绕射阶数m＝1的工作位置P0、P1。而部份入射光L在通过曲面端面16上的绕射微结构18时并不会产生绕射效应，也就是相当于绕射阶数m＝0。这些没有产生绕射效应的入射光L则会因曲面端面16的曲面而产生折射(未绘示)，并汇聚在工作位置P2。

请参考图2A与图2B。图2A与图2B分别为不同设计波长的情形下，入射光L的波长λ＝750～1700nm在绕射阶数m＝1时的绕射效率。

绕射微结构18的结构以设计波长λ0进行设计，使得当入射光L的波长等于设计波长λ0时，具有良好的绕射效率。绕射微结构18的绕射效率由式(1)计算：

其中，E为绕射效率，λ0为设计波长，λ为光学同调断层扫描光源波长(即入射光波长)，m为绕射阶数。根据式1可知，在给定设计波长λ0下，不同的光学同调断层扫描光源波长在绕射阶数m＝1处具有不同的绕射效率。

在一实施例中，图2A为设计波长λ0＝880nm的情形下，入射光波长λ＝750～1700nm在绕射阶数m＝1处的绕射效率。

如图2A所示，绕射微结构18的结构以设计波长λ0进行设计，且设计波长λ0＝880nm的情形下，当入射光波长λ＝880nm时，绕射效率最高，为100％。当入射光波长λ由880nm逐渐缩短至750nm时，绕射效率随波长缩短而降低，此时的绕射效率约为90％。当入射光波长λ由880nm逐渐增加至1700nm时，绕射效率随波长增加而降低。当入射光波长λ＝1200nm时，绕射效率约为80％。当入射光波长λ＝1200～1700nm时，绕射效率低于80％，这时光学同调断层扫描探针在应用时会因入射光波长λ的绕射信号能量太低而读不到对应的入射光波长λ的信号。

此外，入射光波长λ＝750～1700nm在绕射阶数m＝1处的工作位置与设计波长λ0＝880nm在绕射阶数m＝1的工作位置的偏移均小于10nm。也就是说，若只考虑绕射微结构18所产生的绕射效应，当设计波长λ0＝880nm时，入射光波长λ＝750～1700nm时，入射光的绕射阶数m＝1的工作位置相对于设计波长λ0＝880nm的绕射阶数m＝1的工作位置的偏移均小于10μm，符合光学同调断层扫描探针的工作需求。

在本实施例中，由于设计波长λ0属于较短波长，而绕射微结构18的结构以设计波长λ0进行设计，因此在短波长，即当入射光波长λ＝750～1185nm时，具有较高的绕射效率(大于80％)。在长波长，即当入射光波长λ＝1185～1700nm时，具有较低的绕射效率(小于80％)。

在另一实施例中，图2B为绕射微结构18的结构以设计波长λ0进行设计，且设计波长λ0＝1310nm的情形下，入射光波长λ＝750～1700nm在绕射阶数m＝1处的绕射效率。

如图2B所示，当设计波长λ0＝1310nm的情形下，入射光波长λ＝1310nm时，绕射效率最高，为100％。当入射光波长λ由1310nm逐渐增加至1700nm时，绕射效率随入射光波长λ增加而降低，此时的绕射效率约为83％。当入射光波长λ由1310nm逐渐减少至750nm时，绕射效率随波长增加而降低。当入射光波长λ＝1045nm时，绕射效率约为80％。当入射光波长λ＝750-1045nm时，绕射效率低于80％，这时光学同调断层扫描探针在应用时会因入射光波长λ的绕射信号能量太低而读不到对应的入射光波长λ的信号。

此外，入射光波长λ＝750～1700nm在绕射阶数m＝1处的工作位置与设计波长λ0＝1310nm在绕射阶数m＝1的工作位置的偏移均小于10nm。也就是说，若只考虑绕射微结构18所产生的绕射效应，当设计波长λ0＝1310nm时，入射光波长λ＝750～1700nm时，入射光的绕射阶数m＝1的工作位置相对于设计波长λ0＝1310nm的绕射阶数m＝1的工作位置的偏移均小于10μm，符合光学同调断层扫描探针的工作需求。

在本实施例中，由于设计波长λ0属于较长波长，而绕射微结构18的结构以设计波长λ0进行设计，因此在长波长，即入射光波长λ＝1045～1700nm时，具有较高的绕射效率(大于80％)。在短波长，即当入射光波长λ＝750～1045nm时，具有较低的绕射效率(小于80％)。

因此，由图2A(设计波长λ0＝880nm)与图2B(设计波长λ0＝1310nm)可知，在入射光波长λ＝750～1700nm的情形下，会有部份波长范围的绕射效率较高(即当设计波长λ0＝880nm时，入射光波长λ＝750～1185nm的绕射效率较高，当设计波长λ0＝1310nm时，入射光波长λ＝1045～1700nm的绕射效率较高)，而有部份波长范围的绕射效率较低(即当设计波长λ0＝880nm时，入射光波长λ＝1185～1700nm的绕射效率较低，当设计波长λ0＝1310nm时，入射光波长λ＝750～1045nm的绕射效率较低)。

针对绕射效率高的波长范围，设计绕射微结构18。请参考图1A，绕射微结构18相对于第一光轴11，为一同心环状结构，以第一光轴11为圆心。绕射微结构18的设计，是利用式(2)来模拟入射光的相位轮廓

并将相位轮廓

以表面深度分阶方式作为绕射微结构18的轮廓的近似。其中，式(2)为：

其中C_n为相位系数，R为绕射微结构18的半径。

通过相位轮廓

与设计波长λ0的范围，可以计算绕射微结构18的光线绕射方向，并计算绕射微结构18的绕射效率与色散。

而绕射微结构18的阶高h由式(3)得出，式(3)为

其中h为绕射微结构的阶高，λ0为设计波长，n0为绕射微结构的材料折射率。

为了提高绕射效率较低的波长范围在其工作位置处(该波长范围绕射阶数m＝1处的位置)的能量，设计柱状透镜曲面端面16处的形状，使绕射效率较低的波长范围的入射光L的绕射阶数m＝0的部份，也就是不产生绕射效应的入射光L，可以通过曲面端面16处产生折射，使入射光L汇聚于对应于该波长范围的绕射阶数m＝1的工作位置，以加强此波长范围于工作位置处的能量。

当绕射阶数m＝0时，绕射微结构18对入射光L不产生绕射效应。此时绕射微结构18对绕射阶数m＝0的入射光L而言相当于不存在。因此对绕射阶数m＝0的入射光L，可不考虑绕射微结构18的作用。

当曲面端面16为非球面时，可根据式(4)来设计曲面端面16的形状，使绕射效率低的波长范围的入射光L可折射汇聚于工作位置P0处，其中，工作距离WD为曲面端面16至工作位置P0的距离，式(4)为非球面表面轮廓公式：

其中，H是平行于光轴的表面高度(即曲面端面16的高度)，R为曲面端面16的半径，c为曲面端面16的曲率，k为圆锥常数(conic constant)，A、B、C为非球面常数。

要注意的是，在式(2)中R为绕射微结构18的半径，而在式(4)中R为曲面端面16的半径。在实际设计上，会设计使绕射微结构18的半径R与曲面端面16的半径R二者相等，故此处以相同的标号来表示之。而相同的曲面端面16的半径R以及绕射微结构18的半径R，会有各自相对应的曲面高度H和绕射微结构阶高h，二者的高度要相加，才能形成折射和绕射的作用。

以下提供两个实施例，说明如何对应特定设计波长λ0来设计曲面端面16与绕射微结构18。

实施例1

请参考图1A。设计波长为λ0＝880nm。入射光波长λ＝750～1700nm。详细来说，入射光L包含第一波长λ1＝750～1250nm与第二波长λ2＝1200～1700nm的入射光L。工作位置P0为设计波长λ0＝880nm时的绕射阶数m＝1的位置。工作距离WD为工作位置P0与曲面端面16的距离。根据图2A的绕射效率分布，设计柱状透镜12的曲面端面16与绕射微结构18，其中(1)设计绕射微结构18使第一波长λ1＝750～1250nm的入射光L通过柱状透镜12的曲面端面16时，会与绕射微结构18产生绕射效应，并汇聚在第一波长工作位置P1，也就是绕射阶数m＝1的位置处，与设计波长λ0的工作位置P0(即光学探针10的工作位置)的偏移小于10μm；(2)设计柱状透镜12的曲面端面16使第二波长λ2＝1200～1700nm的入射光L的绕射阶数m＝0的部份，通过柱状透镜12的曲面端面16，折射汇聚于第二波长工作位置P2处，且与设计波长λ0的工作位置P0的偏移小于10μm。

当设计波长λ0＝880nm时，绕射微结构18的结构如图3A所示。当设计波长λ0与第一波长λ1的入射光L满足0.63<λ0/λ1<1.25时，入射光L的绕射效率大于80％。此时，在此范围内具有第一波长λ1的入射光L有足够高的绕射效率，使系统得以通过绕射效应在第一波长工作位置P1处测量到第一波长λ1的信号。反之，当入射光L的波长在此范围之外，则入射光L的绕射效率小于80％，系统无法通过绕射效应在此入射光L对应的波长的工作位置处测量到此入射光L的信号。

根据式(2)，在绕射微结构18的相位轮廓

的参数中，相位系数C₁需满足C₁>0.011，以使第一波长λ1＝750～1250nm的入射光L可以产生绕射效应。在一实施例中，前两项相位系数C₁与C₂分别为C₁＝1.10000E-02、C₂＝-1.37564E-02。

此外，绕射微结构18需满足以下条件。绕射微结构18的焦距f2需满足f2>-50mm，以使第一波长λ1＝750～1250nm的入射光L产生绕射作用，并使第一波长工作位置P1与设计波长λ0的工作位置P0的偏离小于10μm。绕射微结构18的阶高h需满足1.29μm<h<1.75μm，以使第一波长λ1＝750～1250nm的入射光L产生绕射作用。

请参考图1A与图3B，当设计波长λ0＝880nm时，曲面端面16为非球面，并通过式(4)来决定曲面端面16的形状，以使第二波长λ2＝1200-1700nm的入射光L通过曲面端面16产生折射作用，并汇聚于第二波长工作位置P2处。在一实施例中，根据式(4)来决定曲面端面16的形状，其中部份参数值：曲面端面16的曲率c＝-1.9953、圆锥常数k＝-0.398145、非球面常数A＝1.38111。

在一实施例中，曲面端面16的焦距f1需满足f1>0.8mm，以使第二波长λ2＝1200～1700nm的入射光L可通过曲面端面16折射而汇聚于第二波长工作位置P2处，且与设计波长λ0的工作位置P0的偏移小于10μm。曲面端面16的高度H需满足0.06mm<H<0.2mm，以使第二波长λ2＝1200～1700nm的入射光L产生折射作用。

此外，光学探针10的总焦距f、曲面端面16的焦距f1与绕射微结构18的焦距f2需满足以下条件：f/f1>1.1，其中光学探针10的总焦距f为柱状透镜12的所述曲面端面16与所述绕射微结构18组合后的总焦距，以确保折射作用与绕射作用的比例配置。

根据上述设计，入射光波长λ＝750～1700nm的入射光L的工作位置(P1、P2)相对于设计波长λ0＝880nm的工作位置P0，最大偏移量约9.5μm，符合实际应用时工作位置偏移小于10μm的需求。因此入射光波长λ＝750-1700nm的入射光L的工作位置(P1、P2)与设计波长λ0＝880nm的工作位置P0大致上相同。

实施例2

请参考图1A。设计波长为λ0＝1310nm。入射光波长范围为λ＝750～1700nm。详细来说，入射光L包含第一波长λ1＝950～1700nm与第二波长λ2＝750～950nm的入射光L。工作位置P0为设计波长λ0＝1310nm时的绕射阶数m＝1的位置。工作距离WD为工作位置P0与曲面端面16的距离。根据图2B的绕射效率分布，设计柱状透镜12的曲面端面16与绕射微结构18，其中(1)设计绕射微结构18使第一波长λ1＝950～1700nm的入射光L通过柱状透镜12的曲面端面16时，会与绕射微结构18产生绕射效应，并汇聚在第一波长工作位置P1，也就是绕射阶数m＝1的位置处，与设计波长λ0的工作位置P0(即光学探针10的工作位置)的偏移小于10μm；(2)设计柱状透镜12的曲面端面16使第二波长λ2＝750～950nm的入射光L的绕射阶数m＝0的部份，通过柱状透镜12的曲面端面16，折射汇聚于第二波长工作位置P2处，且与设计波长λ0的工作位置P0的偏移小于10μm。

当设计波长λ0＝1310nm时，绕射微结构18的结构如图4A所示。当设计波长λ0与第一波长λ1的入射光L满足0.7<λ0/λ1<1.68时，入射光L的绕射效率大于80％。此时，在此范围内具有第一波长λ1的入射光L有足够高的绕射效率，使系统得以通过绕射效应在第一波长工作位置P1处测量到第一波长λ1的信号。反之，当入射光L的波长在此范围之外，则入射光L的绕射效率小于80％，系统无法通过绕射效应在此入射光L对应的波长的工作位置处测量到此入射光L的信号。

根据式(2)，在绕射微结构18的相位轮廓

的参数中，相位系数C₁需满足C₁<-0.01，以使第一波长λ1＝950～1700nm的入射光L可以产生绕射效应。在一实施例中，前两项相位系数C₁与C₂分别为C₁＝-1.00000E-02、C₂＝8.68449E-03。

此外，绕射微结构18需满足以下条件。绕射微结构18的焦距f2需满足f2<50mm，以使第一波长λ1＝950～1700nm的入射光L产生绕射作用，并使具有第一波长工作位置P1与设计波长λ0的工作位置P0的偏离小于10μm。绕射微结构18的阶高h需满足1.93μm<h<3.15μm，以使第一波长λ1＝950～1700nm的入射光L产生绕射作用。

请参考图1A与图4B，当设计波长λ0＝1310nm时，曲面端面16为非球面，并通过式(4)来决定曲面端面16的形状，以使第二波长λ2＝750～950nm的入射光L通过曲面端面16产生折射作用，并汇聚于第二波长工作位置P2处。在一实施例中，根据式(4)来决定曲面端面16的形状，其中部份参数值为曲面端面16的曲率c＝-1.8、圆锥常数k＝-0.423182、非球面常数A＝1.03886。

在一实施例中，曲面端面16的焦距f1需满足f1<0.8853mm，以使第二波长λ2＝750～950nm的入射光L可通过曲面端面16折射而汇聚于第二波长工作位置P2处，且与设计波长λ0的工作位置P0的偏移小于10μm。曲面端面16的高度H需满足0.06mm<H<0.2mm，以使第二波长λ1＝750～950nm的入射光L产生折射作用。

此外，光学探针10的总焦距f、曲面端面16的焦距f1与绕射微结构18的焦距f2需满足以下条件：f/f1<0.982，其中光学探针10的总焦距f为柱状透镜12的所述曲面端面16与所述绕射微结构18组合后的总焦距，以确保折射作用与绕射作用的比例配置。

根据上述设计，入射光波长λ＝750～1700nm的入射光L的工作位置(P1、P2)相对于设计波长λ0＝1310nm的工作位置P0，最大偏移量约7.6μm，符合实际应用时工作位置偏移小于10μm的需求。因此入射光波长λ＝750～1700nm的入射光L的工作位置(P1、P2)与设计波长λ0＝880nm的工作位置P0大致上相同。

本案的光学同调断层扫描探针，将柱状透镜出光的端面结合曲面与绕射微结构，使柱状透镜同时具有绕射与折射的作用，以使入射光波长范围在750～1700nm内的工作距离都在大致上相同的位置上，增加光学同调断层扫描探针的可用波长范围，并且全波段保持能量都大于>80％。

根据实施例，本案的光学探针使用柱状透镜，其出光面为曲面和绕射微结构结合设计，可同时对不同波长的入射光产生绕射和折射。在绕射效率高的波长范围，可利用绕射作用来进行侦测。在绕射效率低的波长范围，可利用柱状透镜中曲面的设计使入射光折射来补强能量。使得波长范围为750～1700nm的入射光具有大致上相同的工作距离，达到拓展光学同调断层扫描探针的波长范围，并同时具有较高分辨率、较高对比度、以及较深的穿透深度。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求及其均等范围所界定的为准。

Claims

1.光学探针，其特征在于，包括：

柱状透镜，适于接收与传递入射光，所述柱状透镜的出光面为曲面端面，所述曲面端面上具有同心环状的绕射微结构；

其中，所述光学探针的工作位置为以设计波长的所述入射光通过所述绕射微结构时绕射阶数为1的位置；

具有第一波长的所述入射光通过所述柱状透镜时，会与所述绕射微结构产生绕射效应，并汇聚在绕射阶数为1的第一波长工作位置，所述第一波长工作位置与所述光学探针的所述工作位置大致上相同；

具有第二波长的所述入射光经所述柱状透镜的所述曲面端面折射后，汇聚于第二波长工作位置，所述第二波长工作位置与所述光学探针的所述工作位置大致上相同；

其中，所述设计波长介于所述第一波长与所述第二波长之间。

2.根据权利要求1所述的光学探针，其特征在于，所述第一波长工作位置与所述光学探针的所述工作位置的偏移小于10μm，且所述第二波长工作位置与所述光学探针的所述工作位置的偏移小于10μm。

3.根据权利要求1所述的光学探针，其特征在于，所述入射光的所述第一波长λ1＝750～1250nm，所述入射光的所述第二波长λ2＝1200～1700nm。

4.根据权利要求3所述的光学探针，其特征在于，所述绕射微结构的所述设计波长λ0和所述第一波长λ1满足以下条件：0.63<λ0/λ1<1.25，其中具有所述第一波长的所述入射光的绕射效率>80％。

5.根据权利要求3所述的光学探针，其特征在于，所述绕射微结构的阶高h满足以下条件：1.29μm<h<1.75μm。

6.根据权利要求3所述的光学探针，其特征在于，所述绕射微结构的相位轮廓的相位系数C1满足以下条件：C1>0.011。

7.根据权利要求3所述的光学探针，其特征在于，所述绕射微结构的焦距f2满足以下条件：f2>-50mm。

8.根据权利要求3所述的光学探针，其特征在于，所述柱状透镜的所述曲面端面的焦距f1满足以下条件：f1>0.8mm。

9.根据权利要求3所述的光学探针，其特征在于，所述光学探针的总焦距f与所述柱状透镜的所述曲面端面的焦距f1满足以下条件：f/f1>1.1，其中所述光学探针的所述总焦距f为所述柱状透镜的所述曲面端面与所述绕射微结构组合后的总焦距。

10.根据权利要求1所述的光学探针，其特征在于，其中所述入射光的所述第一波长λ1＝950～1700nm，所述入射光的所述第二波长λ2＝750～950nm。

11.根据权利要求10所述的光学探针，其特征在于，所述绕射微结构的设计波长λ0和所述第一波长λ1满足以下条件：0.7<λ0/λ1<1.68，其中具有所述第一波长的所述入射光的绕射效率>80％。

12.根据权利要求10所述的光学探针，其特征在于，所述绕射微结构的阶高h满足以下条件：1.93μm<h<3.15μm。

13.根据权利要求10所述的光学探针，其特征在于，所述绕射微结构的相位轮廓的相位系数C1满足以下条件：C1<-0.01。

14.根据权利要求10所述的光学探针，其特征在于，所述绕射微结构的焦距f2满足以下条件：f2<50mm。

15.根据权利要求10所述的光学探针，其特征在于，所述柱状透镜的所述曲面端面的焦距f1满足以下条件：f1<0.8853mm。

16.根据权利要求10所述的光学探针，其特征在于，所述光学探针的总焦距f与所述柱状透镜的所述曲面端面的焦距f1满足以下条件：f/f1<0.982，其中所述光学探针的所述总焦距f为所述柱状透镜的所述曲面端面与所述绕射微结构组合后的总焦距。

17.根据权利要求1所述的光学探针，其特征在于，所述曲面端面的高度H满足以下条件：0.06mm<H<0.2mm。

18.根据权利要求1所述的光学探针，其特征在于，还包括反射镜，配置在所述柱状透镜的所述曲面端面后方，使所述入射光在离开所述柱状透镜后，会经由所述反射镜反射转向。

19.根据权利要求1所述的光学探针，其特征在于，还包含反射镜，其中所述柱状透镜为两个，且所述反射镜设置于所述柱状透镜之间，以形成L型的外观。