CN101206312B - 可改变工作波长且无光线偏移的滤光器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器，包括：一底板；一第一旋转台安装在底板上面一侧的上方；一第二旋转台安装在底板上面另一侧的上方；第一晶片固定器固定在第一旋转台上中央位置；一第二晶片固定器固定在第二旋转台上中央位置；一薄膜干涉滤光片安装在第一晶片固定器上；一光学晶片组安装在第二晶片固定器上；一丝轴基座固定在底板上中间的上端；一丝轴的一端安装在丝轴基座上；一滑块安装在丝轴上，其上部还带有可以滑轨配合的凸状卡头；一步进电机安装在底板中间的下端，与丝轴的另一端连接；一第一杆件的一端固定于第一旋转台上；一第二杆件的一端固定于第二旋转台上。

Description

可改变工作波长且无光线偏移的滤光器及其使用方法

技术领域

本发明涉及光谱分析技术，特别提供了一种改变薄膜干涉滤光片工作波长且不造成出射光线偏移的滤光器及其使用方法。本发明可应用于激光拉曼光谱及荧光光谱等技术中。

背景技术

拉曼散射是光与物质非弹性散射的一种现象，基于这一现象的拉曼光谱仪是现代重要的光谱分析技术，已经在固体物理、半导体物理、催化、表面、生物化学、材料表征和宝石鉴定等领域得到广泛的应用，凭借它可获得许多有关物质结构的重要信息。与中子散射等其它实验手段相比较，拉曼散射具有诸多优点，例如，对样品无损伤，所需样品极少，并可以利用显微光路系统对样品进行微区检测，实验装置简便等，因而日益受到科研工作者的重视。传统的大型拉曼谱仪主要用相当于两个或三个单色仪串联，通过多次分光作用，以达到最大的光谱分辨率。但是，这种拉曼谱仪的体积庞大，操作非常不方便，不仅光谱透过率较低，而且价格昂贵。由于这个原因，很多科研单位也采用单联单色仪的小型微区拉曼光谱仪。这种小型谱仪结构紧凑，操作简单，价格相对较低，因而在科研工作中得到很大的推广。如果为小型微区拉曼光谱仪配备的激光器为掺钛蓝宝石激光器，就可以在相当宽的光谱范围内选择激光线激发材料进行拉曼谱测量，但是由于掺钛蓝宝石激光器的输出激光存在激光伴线，它会形成拉曼光谱中的噪声信号，因此要在入射激光光路上加上薄膜干涉滤光片加以滤除。但是要在这么宽的光谱范围都密集配备各种工作波长的薄膜干涉滤光片，花费比较昂贵，并且操作不方便。因此可以根据薄膜干涉滤光片角度调谐的基本原理，用较少的薄膜干涉滤光片在较多的工作波长下进行拉曼谱测量。然而，只用单片薄膜干涉滤光片的话会造成入射激光光线的偏移，当每次通过旋转角度变动薄膜中涉滤光片工作波长后，需要重新调整拉曼光谱仪的光路来消除入射激光光线的偏移造成其后的拉曼光谱仪光路变动，这就使拉曼光谱测量操作变得相当烦琐如何改变薄膜干涉滤光片的工作波长，而同时不造成出射光线偏移是目前小型微区拉曼光谱仪使用中有待解决的重要问题。类似的问题也出现在荧光光谱测量中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器及其使用方法。利用此结构，薄膜干涉滤光片的工作波长能在30到60纳米范围内变动，并且不会造成出射光线偏移。

本发明一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器，其特征在于，该结构包括：

一底板；

一第一旋转台，该第一旋转台安装在底板上面一侧的上方，可以自由转动；

一第二旋转台，该第二旋转台安装在底板上面另一侧的上方，可以自由转动；

一第一晶片固定器，该第一晶片固定器固定在第一旋转台上中央位置；

一第二晶片固定器，该第二晶片固定器固定在第二旋转台上中央位置；

一薄膜干涉滤光片，该薄膜干涉滤光片安装在第一晶片固定器上；

一光学晶片组，该光学晶片组安装在第二晶片固定器上；

一丝轴基座，该丝轴基座固定在底板上中间的上端；

一丝轴，该丝轴的一端安装在丝轴基座上，可自由转动；

一滑块，该滑块安装在丝轴上，可以由丝轴带动沿丝轴轴往复运动，其上部还带有可以滑轨配合的凸状卡头；

一步进电机，该步进电机安装在底板中间的下端，与丝轴的另一端连接，可带动丝轴转动；

一第一杆件，该第一杆件的一端固定于第一旋转台上，另一端有通透的凹型滑轨与滑块活性连接，滑块的凸状卡头可在第一杆件的通透的凹型滑轨中滑动；

一第二杆件，该第二杆件的一端固定于第二旋转台上，另一端有通透的凹型滑轨与滑块活性连接，滑块的凸状卡头可在第二杆件的通透的凹型滑轨中滑动。

其中光学晶片组是由不同的光学材料组合而成的晶片组，或是单一的光学晶片。

本发明一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器的使用方法，该方法是使用如权利要求1所述的滤光器，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将该滤光器置于入射光路上；

步骤2：通过调节第一旋转台和第二旋转台调节薄膜干涉滤光片和光学晶片组的工作角度，来调节薄膜干涉滤光片的工作波长，使得薄膜干涉滤光片能让特定波长的入射光通过。

附图说明

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明如后：

图1是本发明可改变工作波长且无光线偏移的滤光器的结构示意图。

图2是光学晶片组的设计要求图。

图3是将这种一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器放在拉曼光谱仪信号光路上，并用白光做为激发光，在不同的薄膜干涉滤光片入射光角度情况下测得的镀银全反镜的反射光谱图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明本发明一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器，其特征在于，该结构包括：

一底板1；

一第一旋转台2，该第一旋转台2安装在底板1上面一侧的上方，可以自由转动；

一第二旋转台3，该第二旋转台3安装在底板1上面另一侧的上方，可以自由转动；

一第一晶片固定器4，该第一晶片固定器4固定在第一旋转台2上中央位置；

一第二晶片固定器5，该第二晶片固定器4固定在第二旋转台3上中央位置；

一薄膜干涉滤光片6，该薄膜干涉滤光片6安装在第一晶片固定器4上；

一光学晶片组7，该光学晶片组7安装在第二晶片固定器5上；该光学晶片组7是由不同的光学材料组合而成的晶片组，或是单一的光学晶片；

一丝轴基座8，该丝轴基座8固定在底板1上中间的上端；

一丝轴9，该丝轴9的一端安装在丝轴基座8上可自由转动；

一滑块10，该滑块10安装在丝轴9上，可以由丝轴9带动沿丝轴9轴往复运动，其上部还带有可以滑轨配合的凸状卡头；

一步进电机11，该步进电机11安装在底板1中间的下端，与丝轴9的另一端连接，可带动丝轴9转动；

一第一杆件12，该第一杆件12的一端固定于第一旋转台2上，另一端有通透的凹型滑轨与滑块10活性连接，滑块10的凸状卡头可在第一杆件12的通透的凹型滑轨中滑动；

一第二杆件13，该第二杆件13的一端固定于第二旋转台3上，另一端有通透的凹型滑轨与滑块10活性连接，滑块10的凸状卡头可在第二件13的通透的凹型滑轨中滑动。

请再结合参阅图1所示，本发明一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器的使用方法，该方法是使用前所述的滤光器，包括如下步骤：

步骤1：将该滤光器置于入射光路上；

步骤2：通过调节第一旋转台2和第二旋转台3调节薄膜干涉滤光片6和光学晶片组7的工作角度，来调节薄膜干涉滤光片6的工作波长，使得薄膜干涉滤光片6能让特定波长的入射光通过。

实施例

如图1所示，图1是本发明的一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器，该滤光器的结构包括：底板1、一第一旋转台2、一第二旋转台3、一第一晶片固定器4、一第二晶片固定器5、一薄膜干涉滤光片6、一光学晶片组7、一丝轴基座8、一丝轴9、一滑块10、一步进电机11、一第一杆件12、一第二杆件13。

实施时将第一第二旋转台2、3安放在底板上

用第一第二晶片固定器4、5固定薄膜干涉滤光片6和与之匹配的光学晶片组7，并将它们安装在设计的第一第二旋转台2、3上，初始时它们平行排列。通过步进电机11驱动丝轴9带动滑块10在丝轴9上做一维运动，同时使第一第二杆件12、13连动，使第一第二旋转台2、3转动带动薄膜干涉滤光片6和光学晶片组7按相反方向旋转工作角度，可以在很宽范围内调节薄膜干涉滤光片6的工作波长，且不造成出射光线偏移。消除光线偏移的原理如下：我们假设薄膜干涉滤光片6的有效折射率n1，厚度为d1，薄膜干涉滤光片6外面介质的折射率为n0。当入射光穿过薄膜干涉滤光片6后，由于薄膜干涉滤光片6内外的折射率不一样，入射光经过薄膜干涉滤光片6后光线将发生平移，使出射光线偏离入射光线，从而使得其后的光路需要重新调整。为了避免这种情况，我们设计了一个光学晶片组7，其厚度d2和有效折射率n2使得入射光再穿过光学晶片组C后光线又回到原来的方向。光学晶片组7对入射光入射薄膜干涉滤光片6后因光线折射所产生的平移起到了补偿作用，如图2所示。

上面所示的光学晶片组7的补偿功能是在光学晶片组7相对于入射光的偏转方向要与膜干涉滤光片6相对于入射光的偏转方向相反来实现的。为此我们设计了一种旋转装置，如图1所示。这种旋转装置由一底板1、一第一旋转台2、一第二旋转台3、一第一晶片固定器4、一第二晶片固定器5、一薄膜干涉滤光片6、一光学晶片组7、一丝轴基座8、一丝轴9、一滑块10、一步进电机11、一第一杆件12、一第二杆件13构成。当步进电机11转动时，带动丝轴9转动，使与丝轴9配合的滑块10沿丝轴9做一维运动，第一第二杆件12、13的一端分别固定在对称安装在丝轴9两侧的第一第二旋转台2、3上，第一第二杆件12、13的另一端分别与滑块10做活性连接，因此做一维运动的滑块10将带动第一第二旋转台2、3沿相反的方向转动，从而使安装在第一第二晶片固定器4、5上的薄膜干涉滤光片6和光学晶片组7随着第一第二旋转台2、3沿相反的方向转动。

做为一个实例，我们将这种一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器放在拉曼光谱仪信号光路上，并用白光做为激发光，在不同的薄膜干涉滤光片入射光角度情况下测得了镀银全反镜的反射光谱图(薄膜干涉滤光片的标称工作波长为670纳米)，如图3所示。这张谱图实际上反映了这种改变薄膜干涉滤光片工作波长且不造成出射光线偏移的滤光器通过改变入射光在薄膜干涉滤光片上的入射角度而改变薄膜干涉滤片工作波长的情况，而且在实验中我们也观察到了其出射光线没有被偏移。这张图中显示了薄膜干涉滤光片工作波长至少可以在30纳米范围内变动。

本发明可应用于激光拉曼光谱及荧光光谱等技术中。

Claims (3)

1.一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器，其特征在于，该结构包括：

一底板；

一第一旋转台，该第一旋转台安装在底板上面一侧的上方，可以自由转动；

一第二旋转台，该第二旋转台安装在底板上面另一侧的上方，可以自由转动；

一第一晶片固定器，该第一晶片固定器固定在第一旋转台上中央位置；

一第二晶片固定器，该第二晶片固定器固定在第二旋转台上中央位置；

一薄膜干涉滤光片，该薄膜干涉滤光片安装在第一晶片固定器上；

一光学晶片组，该光学晶片组安装在第二晶片固定器上；所述光学晶片组相对于入射光的偏转方向与薄膜干涉滤光片相对于入射光的偏转方向相反；

一丝轴基座，该丝轴基座固定在底板上中间的上端；

一丝轴，该丝轴的一端安装在丝轴基座上，可自由转动；

一滑块，该滑块安装在丝轴上，可以由丝轴带动沿丝轴轴往复运动，其上部还带有可以与滑轨配合的凸状卡头；

一步进电机，该步进电机安装在底板中间的下端，与丝轴的另一端连接，可带动丝轴转动；

一第一杆件，该第一杆件的一端固定于第一旋转台上，另一端有通透的凹型滑轨与滑块活性连接，滑块的凸状卡头可在第一杆件的通透的凹型滑轨中滑动；

一第二杆件，该第二杆件的一端固定于第二旋转台上，另一端有通透的凹型滑轨与滑块活性连接，滑块的凸状卡头可在第二杆件的通透的凹型滑轨中滑动。

2.根据权利要求1所述的一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器，其特征在于，其中光学晶片组是由不同的光学材料组合而成的晶片组，或是单一的光学晶片。

3.一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器的使用方法，该方法是使用如权利要求1所述的滤光器，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将该滤光器置于入射光路上；

步骤2：通过调节第一旋转台和第二旋转台调节薄膜干涉滤光片和光学晶片组的工作角度，来调节薄膜干涉滤光片的工作波长，使得薄膜干涉滤光片能让特定波长的入射光通过。

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