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荧光显微镜干扰滤光片的结构图
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北京长恒荣创科技

时间 : 2021-06-16 19:14 浏览量 : 13

    带通激发块设计方面的新技术成就已导致薄膜干涉滤光片的结构相对便宜,其特征在于波长选择和传输性能的重大改进。这些滤光片通过高效率地传输选定的波长区域而工作,同时通过反射和相消干涉拒绝所有其他波长。通过本交互式程序,探究干涉滤光片是如何工作的,方法是选择性地透射构造性增强的波长,同时消除不必要的光。此文为您详解下荧光显微镜干扰滤光片的结构图。

    本程序使用以20度角入射在干涉滤光片表面上的白光(由黄色正弦波模拟)进行初始化。当光通过滤光片时,红色波长(峰值为713纳米的红色正弦波表示)通过相长干涉得到增强并通过,但其他波长被反射掉(由蓝色波长表示)并通过过滤器内部的破坏性干扰。为了操作本程序,请使用入射角滑块可在0到20度的范围内改变白光的入射角。当滑块向左平移时,通过干涉滤光片的峰值波长从713纳米(以20度入射角)减小到626纳米(垂直于滤光片表面的入射光),反射光的量为也成比例下降。

    现代干涉滤光镜以Fabry-Perot干涉仪为模型,该干涉仪是由查尔斯·法布里(CharlesFabry)和阿尔弗雷德·佩罗(AlfredPerot)在1800年代后期设计的,并由几层薄膜构成,并涂覆在光学平坦的透明玻璃表面上。原始的干涉仪由一个设备组成,该设备具有两个部分透明的反射镜,这些反射镜之间被一个很小的气隙隔开,可以通过平移一个或两个反射镜来改变其大小。如今,更先进的干涉仪利用各种机制来测量光束之间的干涉,并经常用于在制造干涉滤光镜和反射镜期间监测薄膜厚度。

    可以以陡峭的透射斜率生产干涉滤光片,这会导致陡峭的导通和截止过渡边界,大大超出了标准吸收滤光片所显示的边界。为了生产现代的干涉滤光片,在真空中将厚度范围在目标波长四分之一到二分之一之间的连续的介电材料层沉积到光学平面的玻璃或聚合物表面上。入射到多层电介质表面上的光要么通过具有结构性增强的滤光器传输,要么由于相消干涉而反射并减小幅度(请参见图1)。激发块带通由层状介电表面的性质决定,确定穿过滤镜时允许透射和倍增反射的光的波长。未被滤光片增强和通过的受阻波长被反射并从光路中去除。

干涉滤光片的反射和透射

    用于制造干涉滤光片的介电材料通常是具有特定折射率的非导电材料。传统的带通干涉滤光片是使用硫化锌,硒化锌或氟化铝铝(也称为冰晶石)制造的,但是这些涂层具有吸湿性,必须通过保护性涂层与环境隔离。另外,锌盐和冰晶石盐具有低的过滤器透射特性和温度不稳定性,即使它们简单且制造相对便宜,也进一步降低了它们的性能。在沉积薄膜盐层之后,添加玻璃的最后一层或一氧化硅的耐磨保护涂层。

    引入金属氧化物的半透明层(称为硬涂层))薄膜涂覆技术已缓解了与干涉滤光片相关的许多环境问题,并大大提高了它们的温度稳定性。分别具有独特折射率的金属和盐的薄涂层被施加在具有交替的高和低折射率值的连续层中。该设计的关键要素是两种不同折射率的介电材料之间的界面(一种介电材料比另一种高得多),该介电材料负责使入射光通过滤镜前后部分反射,并产生导致波长选择的干涉效应。。增强和透射的波长值由散布的介电层的厚度和折射率确定。

    介电涂层通常捆扎成一个称为腔的单元,该腔由三到五个交替的盐和金属氧化物(有时是纯金属)层构成,并由较宽的氟化镁层隔开,称为隔离层(见图2)。产生具有等于四分之一或一半波长的倍数的厚度的间隔物,以便反射或透射与介电层对准的光。用于构建干涉滤光片的腔数的增加会导致截止波长和截止波长传输边界的斜率成比例增加。具有15个叠置型腔的激发块总共可以具有75多个单独的介电层,并且显示的带宽只有几纳米大小。

干涉滤光片的解剖图

    几乎可以使用薄膜干涉涂层技术设计和构造类型的滤光片,包括带通,短通,长通,二向色分光镜,中性密度和各种反射镜。如上所述,利用层和腔的数量以高的精度控制激发块的标称波长,带宽和阻挡水平。可以使用这种技术来制造具有多个透射带的滤光片,例如在荧光显微镜下流行的复杂的三波段滤光片。

    用薄膜干涉滤光片获得的高度阻挡仅适用于有限的波长范围,超过该波长范围,有效的阻挡会急剧下降。可以通过添加辅助组件来扩展范围,例如宽带阻塞器,但通常会降低峰值透射率。另外,用于薄膜生产的涂料的透明度范围受到限制。一旦超过该范围,这些涂层将变得具有高吸收性而不是高反射性或透射性,从而降低了滤光片的效率。镀层的吸收特性也可能与波长有关,因此用于长通滤光片的相同镀层通常在紫色和紫外线区域的较低波长下无法发挥作用。干涉薄膜涂层对照明的入射角很敏感。随着该角度的增加,涂层的光谱特性趋向于向较短波长移动(光谱被蓝移))。另一个缺点是干涉涂层通常会以高入射角产生偏振光,这种效果并不总是令人满意的。无论在薄膜涂层中发现什么缺陷,该技术仍然是适合各种应用中的波长选择的技术之一。


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