CN102122053B - 一种反射型滤光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反射型滤光器，包括壳体，所述壳体内固定有由多只反射滤光片组成的光学单通道或者由光学单通道组成的多级反射光学通道，所述光学单通道的入射口和出射口分设于壳体两侧壁上；所述光学单通道分为通道上壁和通道下壁，通道上壁和通道下壁分别由两只成90度布置的反射滤光片组成，通道上、下壁在通道对应位置的反射滤光片平行设置，所述光学单通道上壁的底点低于或平齐于光学单通道下壁的顶点。本发明同时兼顾滤光器件的通光效率和信噪比，在选通光谱区具有较高的通光效率，同时具备较高的信噪比。另外本发明采用组合设计，可根据应用需求调整通道数和反射次数，改变滤光器的通光效率、尺寸和信噪比，使用方便灵活。

Description

一种反射型滤光器
技术领域
本发明属于光学滤光器技术领域，涉及一种反射型滤光器，该滤光器是应用于可见光波长范围测量特定波长光线的、具备高信噪比和较高效率的一种反射型滤光器。
背景技术
在宽光谱范围内测量特定波段的光线时，需要具有光谱选通功能的滤光器件，对某些波长的光线具有较高的通光效率，对其他范围的光具有较好的抑制能力，从而达到测量特定光线的目的。
目前，从宽光谱范围获得特定光谱内的光线主要采用干涉滤光片。该技术采用透射方法，能够实现窄带滤光测量(光谱宽度约10nm，通过率一般在12％以下)，当需要选通的光线具有较宽的光谱范围和较高的通过率时，该方法由于效率低、光线选通范围窄，应用受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种反射型滤光器，该滤光器采用反射滤光方法，利用反射滤光膜对不同波长的光线具有不同的反射效率，经多次反射，实现较宽光谱范围光线的选择和较高的反光效率，并利用多通道并联结构，提高光线通过效率，其能够实现测量特定波长范围的光线。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种单通道反射型滤光器，包括壳体，所述壳体内固定有由多只反射滤光片组成的光学单通道，所述光学单通道的入射口和出射口分设于壳体两侧壁上；所述光学单通道分为通道上壁和通道下壁，通道上壁和通道下壁分别由两只成90度布置的反射滤光片组成，通道上、下壁在通道对应位置的反射滤光片平行设置，所述反射滤光片在截面上的长度保持一致，且所述光学单通道上壁的底点低于或平齐于光学单通道下壁的顶点。
基于以上单通道反射型滤光器，本发明还提供一种多级反射型滤光器：在壳体内固定有多级反射光学通道，所述多级反射光学通道由多段所述光学单通道依次级联而成。
进一步，上述多级反射光学通道由两段光学单通道级联组成。
基于以上单通道反射型滤光器，本发明还提供一种多通道反射型滤光器：在壳体内固定有多段上下层叠布置的光学单通道，相邻光学单通道之间公用通道壁，即下方光学单通道的通道上壁作为上方相邻光学单通道的通道下壁。
基于以上单通道反射型滤光器，本发明还提供一种多通道多级反射型滤光器：在壳体内固定有多段上下层叠布置的多级反射光学通道，相邻多级反射光学通道之间公用通道壁，即处于下方多级反射光学通道的通道上壁作为上方相邻多级反射光学通道的通道下壁。
本发明相对于现有技术，具备以下有益效果：
(1)本发明同时兼顾滤光器件的通光效率和信噪比，在选通光谱区具有较高的通光效率，同时具备较高的信噪比。
(2)本发明采用组合设计，可根据应用需求调整通道数和反射次数，改变滤光器的通光效率、尺寸和信噪比，使用方便灵活。
附图说明
图1为单通道滤光器的整体结构；
图2为单通道级联滤光器的整体结构；
图3为多通道级联滤光器的整体结构；
图4为本发明其中一实施例的结构示意图。
其中：1反射滤光片，2滤光器壳体，3入射口，4出射口，5滤光器光信号通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
单通道反射型滤光器
本发明首先提出一种单通道反射型滤光器，如图1所示，包括有壳体2，该壳体2内固定有由多只反射滤光片1组成的光学单通道，光学单通道的入射口3和出射口4分设于壳体2两侧壁上。所述的光学单通道分为通道上壁和通道下壁，通道上壁和通道下壁分别由两只成90度布置的反射滤光片1组成，通道上、下壁在通道对应位置的反射滤光片1平行设置，反射滤光片1在截面上的长度保持一致，且光学单通道上壁的底点低于或平齐于光学单通道下壁的顶点。
为了保持选通光谱区内的高通光效率，反射滤光片1以反射滤光膜为工作介质，反射膜系在选通光谱区中心波长附近的反射率不低于80％，在选通光谱区范围之外的反射率不高于4％。
多级反射型滤光器
基于以上单通道反射型滤光器的基本结构，本发明还提出一种多级反射型滤光器，它的结构如图2所示，它包括同样壳体2，在壳体2内固定有多级反射光学通道，多级反射光学通道由多段图1中的光学单通道依次级联而成。图2是基于该设计思路的其中一种实施例示意图，图中多级反射光学通道由两段光学单通道级联组成。这种结构可实现对信噪比和光线通过率的调整，以满足不同的应用场合的要求。
以上的多级反射型滤光器采用多次反射结构，可保持有效波段光的耦合效率，提高信噪比。设反射膜系在有效反射波长范围内的反射率为R，对非工作波长的反射率约为T，则经一次反射后的信噪比为：
S＝R/T
若设计多次反射结构的滤光器(如附图1所示)，则经n次反射后的信噪比为：
Sn＝(R/T)n
同时，器件对选通波长的通过率为：P＝Rn。采用四次反射结构，信噪比为1600，工作波段光线的通过率为41％。
多通道反射型滤光器
基于以上单通道反射型滤光器的基本结构，本发明还提出一种多通道反射型滤光器，即在壳体2内固定有多段上下层叠布置的光学单通道，相邻光学单通道之间公用通道壁，即下方光学单通道的通道上壁作为上方相邻光学单通道的通道下壁。
多通道多级反射型滤光器
基于以上多级反射型滤光器的基本结构，本发明还提出一种多通道多级反射型滤光器，参见图3：在壳体2内固定有多段上下层叠布置的多级反射光学通道，相邻多级反射光学通道之间公用通道壁，即处于下方多级反射光学通道的通道上壁作为上方相邻多级反射光学通道的通道下壁。这种多通道式滤光器通过增加通道数，可减小有效光程，提高效率。
以下给出本发明提出的多通道多级反射型滤光器的一种实施例：
实施例：用于光谱调制的四通道四次反射紫外滤光器
参见图4，本实施例由滤光片1，壳体2，入射口3，出射口4，滤光器光信号通道5构成。
滤光片1为镀有反射膜的玻璃基片，光照射到滤光片上被反射，通过选择不同的膜系种类可实现特定目的的光谱调制。本实施例中，选用在200-250nm波长范围内具有高反射率，在200-250nm波长之外具有高吸收的膜系。
壳体2由绝缘硬质材料制成，用以固定滤光片1并构成与外部晶体和光电器件耦合的结构。本实施例中，选用黑尼龙为壳体材料，黑尼龙具有易加工、不反光、成本低廉的优点。
入射口3为滤光器与晶体的耦合工作面，可由透紫外材料(如：石英玻璃)构成，以保护滤光器内部的滤光片不被灰尘、水等破坏工作表面，也可不使用任何材料，只作为信号耦合的定位面存在。本实施例中，不使用任何窗材料。
出射口4为滤光器与光电转换器件的耦合工作面，其他与入射口相同。
滤光器光信号通道5是光信号从滤光器入射口3经各滤光片反射到达出射口4的过程中经过的空间。
本实施例采用四通道四次反射结构，信噪比约为10000倍，平行光传递效率约为40％，散射光传递效率不低于10％，入射口能够与大面积光源良好耦合，出射口能够与光电转换器件良好耦合。

Claims (5)

1.一种单通道反射型滤光器，包括壳体（2），其特征在于，所述壳体（2）内固定有由多只反射滤光片（1）组成的光学单通道，所述光学单通道的入射口（3）和出射口分设于壳体（2）两侧壁上；所述光学单通道分为通道上壁和通道下壁，通道上壁和通道下壁由两只成90度布置的反射滤光片（1）组成，通道上、下壁在通道对应位置的反射滤光片（1）平行设置，所述反射滤光片（1）在截面上的长度保持一致，且所述光学单通道上壁的底点低于或平齐于光学单通道下壁的顶点。
2.一种多级反射型滤光器，其特征在于：壳体（2）内固定有多级反射光学通道，所述多级反射光学通道由多段光学单通道依次级联而成，其中，所述光学单通道由多只反射滤光片（1）组成，所述光学单通道的入射口（3）和出射口分设于壳体（2）两侧壁上；所述光学单通道分为通道上壁和通道下壁，通道上壁和通道下壁由两只成90度布置的反射滤光片（1）组成，通道上、下壁在通道对应位置的反射滤光片（1）平行设置，所述反射滤光片（1）在截面上的长度保持一致，且所述光学单通道上壁的底点低于或平齐于光学单通道下壁的顶点。
3.根据权利要求2所述的多级反射型滤光器，其特征在于：所述多级反射光学通道由两段光学单通道级联组成。
4.一种多通道反射型滤光器，其特征在于：壳体（2）内固定有多段上下层叠布置的光学单通道，相邻光学单通道之间公用通道壁，即下方光学单通道的通道上壁作为上方相邻光学单通道的通道下壁，其中，所述光学单通道由多只反射滤光片（1）组成，所述光学单通道的入射口（3）和出射口分设于壳体（2）两侧壁上；所述光学单通道分为通道上壁和通道下壁，通道上壁和通道下壁由两只成90度布置的反射滤光片（1）组成，通道上、下壁在通道对应位置的反射滤光片（1）平行设置，所述反射滤光片（1）在截面上的长度保持一致，且所述光学单通道上壁的底点低于或平齐于光学单通道下壁的顶点。
5.一种多通道多级反射型滤光器，其特征在于：壳体（2）内固定有多段上下层叠布置的多级反射光学通道，相邻多级反射光学通道之间公用通道壁，即处于下方多级反射光学通道的通道上壁作为上方相邻多级反射光学通道的通道下壁，所述多级反射光学通道由多段光学单通道依次级联而成，其中，所述光学单通道由多只反射滤光片（1）组成，所述光学单通道的入射口（3）和出射口分设于壳体（2）两侧壁上；所述光学单通道分为通道上壁和通道下壁，通道上壁和通道下壁由两只成90度布置的反射滤光片（1）组成，通道上、下壁在通道对应位置的反射滤光片（1）平行设置，所述反射滤光片（1）在截面上的长度保持一致，且所述光学单通道上壁的底点低于或平齐于光学单通道下壁的顶点。
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