CN105242340B - 荧光分析用消偏振分色滤光片 - Google Patents

Abstract

本发明属滤光片领域，尤其涉及一种荧光分析用消偏振分色滤光片，由基底及高陡度消偏振膜系构成；其中，高陡度消偏振膜系在45度入射的条件下具备以下特征：透射区和截止区之间的波长范围小于10nm；透射区范围达到300nm以上；P光、S光在T＝50％T_PK处的偏振分离度小于1nm；所述高陡度消偏振膜系基本结构为：S|(αHβMγLβMαH)^ⁿ|A；其中：S为玻璃基底；A为空气；H为高折射率材料；L为低折射率材料；M为适合的中间折射率材料；H、L、M均为光学厚度为λ₀/4；α、β、γ分别表示不同材料的匹配系数；n为循环次数。本发明在45度入射时具有高陡度，宽透射带，小的偏振分离度。

Description

荧光分析用消偏振分色滤光片

技术领域

本发明属滤光片领域，尤其涉及一种用于二向分色镜的消偏振膜系，该膜系在倾斜入射条件下，具备截止陡度高，偏振分离度小，长波透射区宽等特点的荧光分析用消偏振分色滤光片，主要应用于荧光检测领域。

背景技术

二向分色镜是荧光检测仪器光路系统中的重要光学元件之一，主要作用是改变光线方向和分离光谱。它的光谱指标主要体现在截止陡度提高和透射区展宽两个方面。

在常规的荧光检测系统中的滤光片组一般由激发片、发射片、二向分色镜三个滤光片组成，共同起到分离激发光和荧光的作用。其中，激发片和发射片的光谱位置越近，能量利用率越高，检测到的荧光信号越强。提高二向分色镜的陡度是保证激发片和发射片光谱位置足够接近进而提高检测光的亮度的重要前提之一，而展宽透射区可以在特定的应用中包容更多的检测通道。

由于二向分色镜在系统中处于45度入射的工作状态，常规膜系会产生较大的偏振分离，而这种分离恰恰制约了截止陡度的提高，因此如何实现更好的消偏振设计显得尤为重要。现有的设计方法一般包含以下几种：

1、(1.5LH1.5L)^ⁿ：消偏振效果较好，截止区和透射区范围有限(参见图1所示)。

2、基于带通膜系的单侧消偏振膜系：陡度高，消偏振效果好，长波区透射范围有限(参见图2所示)。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种在45度入射时具有高陡度，宽透射带，小的偏振分离度的荧光分析用消偏振分色滤光片。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种荧光分析用消偏振分色滤光片,由基底及高陡度消偏振膜系构成；其中，高陡度消偏振膜系在45度入射的条件下具备以下特征：透射区和截止区之间的波长范围小于10nm；透射区范围达到300nm以上；P光、S光在T＝50％T_PK处的偏振分离度小于1nm。

作为一种优选方案，本发明所述高陡度消偏振膜系基本结构为：

S|(αHβMγLβMαH)^ⁿ|A

其中：S为玻璃基底；A为空气；H为高折射率材料；L为低折射率材料；M为适合的中间折射率材料；H、L、M均为光学厚度为λ₀/4；α、β、γ分别表示不同材料的匹配系数；n为循环次数。

进一步地，本发明所述的高折射率材料H及低折射率材料L采用TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂或SiO₂膜料。

进一步地，本发明所述M材料为H、L两种材料按比例组合而成，其折射率在1.6～1.9之间。

本发明在45度入射时具有高陡度，宽透射带，小的偏振分离度。与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、高陡度，满足透射区(T>90％)和截止区(T<2％)之间的波长范围小于10nm。

2、宽透射带，满足透射区(T>90％)范围达到300nm以上。

3、小的偏振分离度，P光、S光在T＝50％T_PK处的偏振分离度小于1nm。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为现有二向分色镜一种消偏振设计曲线；

图2为现有二向分色镜另一种消偏振设计曲线；

图3为本发明膜层结构示意图；

图4为本发明结构设计曲线，透射带宽度达到350nm以上；

图5为本发明设计曲线的局部放大图，透射带到反射带间距只有8nm，偏振分离度小于0.5nm。

具体实施方式

如图所示，荧光分析用消偏振分色滤光片,由基底及高陡度消偏振膜系构成；其中，高陡度消偏振膜系在45度入射的条件下具备以下特征：透射区和截止区之间的波长范围小于10nm；透射区范围达到300nm以上；P光、S光在T＝50％T_PK处的偏振分离度小于1nm。

本发明所述高陡度消偏振膜系基本结构为：

S|(αHβMγLβMαH)^ⁿ|A

其中：S为玻璃基底；A为空气；H为高折射率材料；L为低折射率材料；M为适合的中间折射率材料；H、L、M均为光学厚度为λ₀/4；α、β、γ分别表示不同材料的匹配系数；n为循环次数。

本发明所述的高折射率材料H及低折射率材料L采用TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂或SiO₂膜料。

本发明提出一种采用高、中、低三种材料的五层循环的匹配膜系，其结构如下：

S|(αHβMγLβMαH)^ⁿ|A

其中：S为玻璃基底(熔融石英或者BK7)，A为空气，H代表高折射率材料，M代表适合的中间折射率材料，L代表低折射率材料，n代表循环次数，其值越大截止陡度越好。α、β、γ分别表示不同材料的匹配系数，决定消偏振程度和透射区展宽度。

本发明改变常规设计中将物理厚度d作为唯一改变量的做法，引入任意中间折射率材料N_M这一变量,根据聚集密度模型实现由选定的H、L的光学常数拟合中间折射率材料M的光学常数，大大提高了设计的灵活性。聚集密度公式为：

N_M＝PN_H+(1-P)N_L

其中N_M为最终所需折射率；N_H为高折射率材料；N_L为低折射率材料；P为比例系数。

采用此方法设计的二向分色镜可以在保证长波足够宽的透射带的前提下很好地解决了倾斜入射中的偏振分离问题，同时大大提高了分光陡度，很好地满足应用需求。

设计实例:

本膜系可以根据基本结构，按实际需求选择高、低两种材料、合适的共镀比例系数(P)以及合适的循环次数(n)实现。如：

H材料:Nb₂O₅；L材料:SiO₂；P＝17.6％；n＝25

利用计算机软件对设定目标值进行优化求解，根据实际计算结果，去除极薄层，获得最终膜系。设计中各层物理厚度分布见表一，

表一采用H:Nb₂O₅、M:H和L组合材料、L:SiO2三种材料设计优化后的物理厚度分布：

表一

可以理解地是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种荧光分析用消偏振分色滤光片 , 其特征在于，由基底及高陡度消偏振膜系构成 ；其中，高陡度消偏振膜系在 45 度入射的条件下具备以下特征 ：透射区和截止区之间的波长范围小于10nm ；透射区范围达到 300nm以上；P光、S光在T＝50％T_PK处的偏振分离度小于1nm；所述高陡度消偏振膜系基本结构为：

S|(αHβMγLβMαH) ^ⁿ |A；

其中：S为玻璃基底；A 为空气；H 为高折射率材料；L为低折射率材料；M为适合的中间折射率材料；H、L、M 均为光学厚度为λ₀/4；α、β、γ分别表示不同材料的匹配系数；n 为循环次数。