可改變工作波長且無光線偏移的濾光器及其使用方法
2023-09-16 17:13:40
專利名稱：可改變工作波長且無光線偏移的濾光器及其使用方法
技術領域：
本發明涉及光譜分析技術，特別提供了 - -種改變 薄膜幹涉濾光片工作波長且不造成出射光線偏移的濾 光器及其使用方法。本發明可應用於雷射拉曼光譜及 螢光光譜等技術中。
背景技術：
拉曼散射是光與物質非彈性散射的一種現象，基 於這 一 現象的拉曼光譜儀是現代重要的光譜分析技 術，巳經在固體物理、半導體物理、催化、表面、生 物化學、材料^徵和寶石鑑定等領域得到廣泛的應用， 憑藉它可獲得許多有關物質結構的重要信息.與中子 散射等其它實驗手段相比較，拉曼散射具有諸多優點， 例如，對樣品無損傷，所需樣品極少，並可以利用顯 微光路系統對樣品進行微區檢測，實驗裝置簡便等-因而日益受到科研工作者的重視。傳統的大型拉曼譜
儀主要用相當於兩個或二個單色儀串聯，通過多次分
光作用，以達到最大的光譜解析度。但是，這種拉曼
譜儀的體積龐大，操作非常不方便，不僅光譜透過率
較低，而且價格曰 卬蟲 貝由於這個原因，很多科研單位
也釆用單聯單色儀的小型微區拉曼光譜儀。這種小型
譜儀結構緊湊，操作簡單，價格相對較低，因而在科
研工作中得到很大的推廣如果為小型微區拉曼光譜
儀配備的雷射器為鈦藍寶石雷射器，就可以在相當
寬的光譜範圍內選擇雷射線激發材料進行拉曼譜測 量，但是由於摻鈦藍寶石雷射器的輸出雷射存在雷射 伴線，它會形成拉曼光譜中的噪聲信號，因此要在入 射雷射光路上加上薄膜幹涉濾光片加以濾除 但是要 在這麼寬的光譜範圍都密集配備各種工作波長的薄膜 幹涉濾光片-，花費比較昂貴，並且操作不方便。因此 可以根據薄膜幹涉濾光片角度調諧的基本原理，用較 少的薄膜幹涉濾光片在較多的工作波長下進行拉曼譜 測量。然而，只用單片薄膜幹涉濾光片的話會造成入 射雷射光線的偏移，當每次通過旋轉角度變動薄膜幹 涉濾光片工作波長後，需要重新調整拉曼光譜儀的光 路來消除入射雷射光線的偏移造成其後的拉曼光譜儀 光路變動，這就使拉曼光譜測量操作變得相當煩瑣， 如何改變薄膜幹涉濾光片的工作波長，而同時不造成出射光線偏移是目前小型微區拉曼光譜儀使用中有待
解決的重要問題。類似的問題也出現在螢光光譜測量
中。
發明內容
本發明的目的在於提供一種可改變]二作波長且無
光線偏移的濾光器及其使用方法。利用此結構，薄膜
幹涉濾光片的工作波長能在30到6 0納米範圍內變
動，並且不會造成出射光線偏移。
本發明—種可改變工作波長且無光線偏移的濾光
器，其特徵在於，該結構包括:
一底板
一第—旋轉臺，該第一旋轉臺安裝在底板上面一
側的上方，可以自由轉動
一第旋轉臺，該第二旋轉臺安裝在底板上面另
一側的上方，可以自由轉動；
一第—晶片固定器，該第—曰 曰曰片固定器固寶在第
旋轉臺上中央位置；
一第—曰 昍片固定器，該第—曰 曰H片固.定器固寶在第
—旋轉臺上中央位置
一薄膜幹光片，g冑膜幹涉濾光片安裝在第—晶片固定器上；
一光學晶片組，該光學晶片組安裝在第二晶片固 定器上；
一絲軸基座，該絲軸基座固定在底板上中間的上
一山
頓；
--絲軸，該絲軸的 一 端安裝在絲軸基座上，可自 由轉動；
一滑塊，該滑塊安裝在絲軸上，可以由絲軸帶動 沿絲軸軸往復運動，其上部還帶有可以滑軌配合的凸 狀卡頭；
--步進電機，該步進電機安裝在底板中間的下端， 與絲軸的另 一 端連接，可帶動絲軸轉動；
—第 一 杆件，該第 一 杆件的 一 端固定於第 一 旋轉 臺上，另 一 端有通透的凹型滑軌與滑塊活性連接，滑 塊的凸狀卡頭可在第--杆件的通透的凹型滑軌中滑 動；
一第二桿件，該第二桿件的 一 端固定於第二旋轉 臺上，另 一 端有通透的凹型滑軌與滑塊活性連接，滑 塊的凸狀卡頭可在第二桿件的通透的凹型滑軌中滑動。
其中光學晶片組是由不同的光學材料組合而成的 晶片組，或是單 一 的光學晶片。
本發明-^種可改變工作波長且無光線偏移的濾光
器的使用方法，該方法是使用如權利要求1所述的濾
光器，其特徵在於，包括如下步驟
步驟1:將該濾光器置於入射光路上;
步驟2:通過調節第一旋轉臺和第二旋轉厶 口調節
薄膜千涉濾光片和光學晶片組的工作角度，來調節薄
膜幹涉濾光片的工作波長，使得薄膜幹涉濾光片能讓
特定波長的入射光通過。
下面結合附圖對本發明的技術方案做進 一 步的詳
細說明如後
圖]是本發明可改變工作波長且無光線偏移的 濾光器的結構示意圖。
圖2是光學晶片組的設計要求圖。
圖3是將這種一種可改變工作波長且無光線偏移 的濾光器放在拉曼光譜儀信號光路上，並用白光做為 激發光，在不同的薄膜幹涉濾光片入射光角度情況下 測得的鍍銀全反鏡的反射光譜圖。
具體實施例方式
請參閱圖1所示，本
波長且無光線偏移的濾光
括一底板1 ;
一第一旋轉臺2 ，該
上面一側的上方，可以白
一第—旋轉臺3 ，該
上面另 一 側的上方，可以
—第一晶片固定器4
在第一旋轉臺2上中央位
--第二晶片固定器5
在第二旋轉臺3上中央位
一薄膜千涉濾光片6
在第--晶片固定器4上
一光學晶片組7 ，該
片固定器5上；該光學晶
組合而成的晶片組， 或是
一絲軸基座8，該絲
間的上端；
一絲軸9 ，該絲軸9
町自由轉動營
發明本發明 一 種可改變工作 器，其特徵在於，該結構包
第一旋轉臺2安裝在底板1 由轉動；
第二旋轉臺3安裝在底板1 自由轉動；
，該第一晶片固定器4固定 置；
，該第二晶片固定器4固定 置；
，該薄膜千涉濾光片6安裝
光學晶片組7安裝在第二晶 片組7是由不同的光學材料 單 一 的光學晶片； 軸基座8固定在底板1上中
的一端安裝在絲軸基座8上，一滑塊1o ，該滑塊1 0安裝在絲軸9-匕可以
由絲軸9帶動沿絲軸9軸往復運動，其上部還帶有可以滑軌配合的凸狀卡頭；
步進電機1 1 ，該步進電機1 1安裝在底板i
中間的下端，與絲軸9的另 一 端連接，可帶動絲軸9
轉動
—第一桿件.1 2 ，該第 一 杆件1 2的—.端固定於第一旋轉臺2上，另 一 端有通透的凹型滑軌與滑塊I
o活性連接，滑塊1 0的凸狀卡頭可在第一桿件2
的通透的凹滑軌中滑動
—--■杆件1 3 ，該第二桿件1 3的丄山 頓固定於
第二旋轉臺3上，另一端有通透的凹型滑軌與滑塊1
0活性連接，滑塊1 0的凸狀卡頭可在第一桿件i
的通透的凹型滑軌中滑動
請再結合參閱圖1所示，本發明一種可改變工作
波長且無光線偏移的濾光器的使用方法，該方法是使
用前所述的濾光器，包括如下步驟
步驟1將該濾光器置於入射光路上
步驟2:通過調節第一旋轉臺2和第一旋轉厶
調節薄膜幹涉濾光片6和光學晶片組7的作角度
來調節薄膜幹涉濾光片6的工作波長，使得i幽 溥膜幹涉
濾光片6能讓特定波長的入射光通過。
實施例
如圖1所示，圖1是本發明的--種可改變工作波 長且無光線偏移的濾光器，該濾光器的結構包括一
底板1 、 一第 一 旋轉臺2 、一第二旋轉臺3 、一第一
晶片固定器4 、 一第二晶片固定器5 、 - 薄膜千涉濾
光片6 、 一光學晶片組7 、一絲軸基座8 、 一絲軸9 .
—滑塊1 0 、一步進電機1 1 、 一第 一 杆件12、一
第二桿件1 3 。
實施時將第 一 第二旋轉臺2 、 3安放在底板上I ，
用第 一第二晶片固定器4 、 5固定薄膜幹涉濾光片(-; 和與之匹配的光學晶片組7 ，並將它們安裝在設計的
第 一 第二旋轉臺2 、 3上，初始時它們平行排列。通
過步進電機1 1驅動絲軸9帶動滑塊1 在絲軸9上
做 一 維運動，同時使第 一 第二桿件1 2 、1 3連動，
使第 一 第二旋轉臺2 、3轉動帶動薄膜幹涉濾光片6 和光學晶片組7按相反方向旋轉工作角度，可以在很 寬範圍內調節薄膜幹涉濾光片6的工作波長，且不造 成出射光線偏移。消除光線偏移的原理如下我們假
設薄膜幹涉濾光片6的有效折射率n 1 ，厚度為d i . 薄膜幹涉濾光片6外面介質的折射率為n 0 。當入射光 穿過薄膜幹涉濾光片6後，由於薄膜幹涉濾光片６內
外的折射率不--樣，入射光經過薄膜幹涉濾光片6後
光線將發生平移，使出射光線偏離入射光線，從而使
得其後的光路需要重新調整。為了避免這種情況，我
們設計了 一個光學晶片組7 ，其厚度d 2和有效折射率
n2使得入射光再穿過光學晶片組C後光線又回到原來
的方向。光學晶片組7對入射光入射薄膜幹涉濾光片
6後因光線折射所產生的平移起到了補償作用如圖
2所示。
上面所示的光學晶片組7的補償功能是在光^ 日 子即
片組7相對於入射光的偏轉方向要與薄膜幹涉濾光片
6相對於入射光的偏轉方向相反來實現的。 為此我們
設計了 一種旋轉裝置，如圖1所示。這種旋轉裝置由
一底板1 、 一第 一 旋轉臺2 、 一第二旋轉臺3、—弔
—晶片固定器4 、 一第二晶片固定器5、-"薄膜幹涉
濾光片6 、 - 光學晶片組7 、 一絲軸基座8 、—絲軸
9 、 一滑塊1 0 、 一歩進電機1 ].、一第一桿件1 2 、
—第二桿件1 3構成。當步進電機1 1轉動時帶動
絲軸9轉動，使與絲軸9配合的滑塊10沿絲軸9做
—維運動，第 一 第二桿件1 2 、1 3的—.端分別固定在對稱安裝在絲軸9兩側的第 一 第二旋轉 臺2 、3上，
第 一 第二桿件1 2 、 1 3的另 一 端分別與滑塊1 0做 活性連接，因此做 一 維運動的滑塊1 0將帶動第 一 第
旋轉臺2、3沿相反的方向轉動，從而使安裝在第
第晶片固定器4、5上的薄膜千涉濾光片6禾D光
學晶片組7隨著第一第二旋轉臺2、3沿相反的方向
轉動
做為—個實例，我們將這種——種可改變:匸作波長
且無光線偏移的濾光器放在拉曼光譜儀信號光路上，
並用白光做為激發光，在不同的薄膜幹涉濾光片入射
光角度情況下測得了鍍銀全反鏡的反射光譜圖(薄膜
千涉濾光片的標稱工作波長為60納米)，如圖3所
示這張譜圖實際上反映了這種改變薄膜幹涉濾光片
:]一-作波長且不造成出射光線偏移的濾光器通過改變入
射光在薄膜幹涉濾光片上的入射角度而改變薄膜幹涉
濾光片作波的情況，而且在實驗中我們也觀察到
了其出射光線沒有被偏移。這張圖中顯示了薄膜幹涉
濾光片工作波長至少可以在30納米範圍內變動。
本發明可應用於雷射拉曼光譜及螢光光譜等技術中。
權利要求
1. 一種可改變工作波長且無光線偏移的濾光器，其特徵在於，該結構包括一底板；一第一旋轉臺，該第一旋轉臺安裝在底板上面一側的上方，可以自由轉動；一第二旋轉臺，該第二旋轉臺安裝在底板上面另一側的上方，可以自由轉動；一第一晶片固定器，該第一晶片固定器固定在第一旋轉臺上中央位置；一第二晶片固定器，該第二晶片固定器固定在第二旋轉臺上中央位置；一薄膜幹涉濾光片，該薄膜幹涉濾光片安裝在第一晶片固定器上；一光學晶片組，該光學晶片組安裝在第二晶片固定器上；一絲軸基座，該絲軸基座固定在底板上中間的上端；一絲軸，該絲軸的一端安裝在絲軸基座上，可自由轉動；一滑塊，該滑塊安裝在絲軸上，可以由絲軸帶動沿絲軸軸往復運動，其上部還帶有可以滑軌配合的凸狀卡頭；一步進電機，該步進電機安裝在底板中間的下端，與絲軸的另一端連接，可帶動絲軸轉動；一第一桿件，該第一桿件的一端固定於第一旋轉臺上，另一端有通透的凹型滑軌與滑塊活性連接，滑塊的凸狀卡頭可在第一桿件的通透的凹型滑軌中滑動；一第二桿件，該第二桿件的一端固定於第二旋轉臺上，另一端有通透的凹型滑軌與滑塊活性連接，滑塊的凸狀卡頭可在第二桿件的通透的凹型滑軌中滑動。
2 .根據權利要求1所述的 -種可改變工作波長 且無光線偏移的濾光器，其特徵在於，其中光學晶片 組是由不同的光學材料組合而成的晶片組，或是單一 的光學晶片。
3 . —種可改變工作波長且無光線偏移的濾光器 的使用方法，該方法是使用如權利要求1所述的濾光 器，其特徵在於，包括如下步驟-步驟1 :將該濾光器置於入射光路上；步驟2 :通過調節第一旋轉臺和第二旋轉臺調節 薄膜千涉濾光片和光學晶片組的工作角度，來調節薄 膜幹涉濾光片的工作波長，使得薄膜幹涉濾光片能讓 特定波長的入射光通過。
全文摘要
一種可改變工作波長且無光線偏移的濾光器，包括一底板；一第一旋轉臺安裝在底板上面一側的上方；一第二旋轉臺安裝在底板上面另一側的上方；第一晶片固定器固定在第一旋轉臺上中央位置；一第二晶片固定器固定在第二旋轉臺上中央位置；一薄膜幹涉濾光片安裝在第一晶片固定器上；一光學晶片組安裝在第二晶片固定器上；一絲軸基座固定在底板上中間的上端；一絲軸的一端安裝在絲軸基座上；一滑塊安裝在絲軸上，其上部還帶有可以滑軌配合的凸狀卡頭；一步進電機安裝在底板中間的下端，與絲軸的另一端連接；一第一桿件的一端固定於第一旋轉臺上；一第二桿件的一端固定於第二旋轉臺上。
文檔編號G02F1/01GK101206312SQ20061016553
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月21日 優先權日2006年12月21日
發明者匯 朱, 甘華東, 昊 章, 譚平恆, 鄭厚植 申請人:中國科學院半導體研究所