熒光分析用消偏振分色濾光片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬濾光片領(lǐng)域，尤其涉及一種用于二向分色鏡的消偏振膜系，該膜系在傾 斜入射條件下，具備截止陡度高，偏振分離度小，長(zhǎng)波透射區(qū)寬等特點(diǎn)的熒光分析用消偏振 分色濾光片，主要應(yīng)用于熒光檢測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 二向分色鏡是熒光檢測(cè)儀器光路系統(tǒng)中的重要光學(xué)元件之一，主要作用是改變光 線方向和分離光譜。它的光譜指標(biāo)主要體現(xiàn)在截止陡度提高和透射區(qū)展寬兩個(gè)方面。
[0003] 在常規(guī)的熒光檢測(cè)系統(tǒng)中的濾光片組一般由激發(fā)片、發(fā)射片、二向分色鏡三個(gè)濾 光片組成，共同起到分離激發(fā)光和熒光的作用。其中，激發(fā)片和發(fā)射片的光譜位置越近，能 量利用率越高，檢測(cè)到的熒光信號(hào)越強(qiáng)。提高二向分色鏡的陡度是保證激發(fā)片和發(fā)射片光 譜位置足夠接近進(jìn)而提高檢測(cè)光的亮度的重要前提之一，而展寬透射區(qū)可以在特定的應(yīng)用 中包容更多的檢測(cè)通道。
[0004]由于二向分色鏡在系統(tǒng)中處于45度入射的工作狀態(tài)，常規(guī)膜系會(huì)產(chǎn)生較大的偏 振分離，而這種分離恰恰制約了截止陡度的提高，因此如何實(shí)現(xiàn)更好的消偏振設(shè)計(jì)顯得尤 為重要?，F(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法一般包含以下幾種：
[0005] 1、（1. 5LH1. 5L)~n:消偏振效果較好，截止區(qū)和透射區(qū)范圍有限（參見(jiàn)圖1所示）。
[0006] 2、基于帶通膜系的單側(cè)消偏振膜系：陡度高，消偏振效果好，長(zhǎng)波區(qū)透射范圍有限 (參見(jiàn)圖2所示）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種在45度入射時(shí)具有高陡度，寬 透射帶，小的偏振分離度的熒光分析用消偏振分色濾光片。
[0008] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0009] -種熒光分析用消偏振分色濾光片，由基底及高陡度消偏振膜系構(gòu)成；其中，高 陡度消偏振膜系在45度入射的條件下具備以下特征：透射區(qū)和截止區(qū)之間的波長(zhǎng)范圍小 于10nm;透射區(qū)范圍達(dá)到300nm以上；P光、S光在T= 50%TPK處的偏振分離度小于lnm〇
[0010] 作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述高陡度消偏振膜系基本結(jié)構(gòu)為：
[0011]S|(αΗβΜγ?βΜαΗ)~n|A
[0012] 其中：S為玻璃基底；A為空氣；H為高折射率材料；L為低折射率材料；M為適合的 中間折射率材料；H、L、M均為光學(xué)厚度為人。/4;α、β、γ分別表示不同材料的匹配系數(shù)； η為循環(huán)次數(shù)。
[0013]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的高折射率材料Η及低折射率材料L采用Ti02、Ta205、Nb205、 Hf02SSiOJ莫料。
[0014] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述Μ材料為H、L兩種材料按比例組合而成，其折射率在1. 6~ 1. 9之間。
[0015] 本發(fā)明在45度入射時(shí)具有高陡度，寬透射帶，小的偏振分離度。與現(xiàn)有技術(shù)相比， 本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：
[0016] 1、高陡度，滿足透射區(qū)（T>90% )和截止區(qū)（T〈2% )之間的波長(zhǎng)范圍小于10nm。
[0017] 2、寬透射帶，滿足透射區(qū)（T>90% )范圍達(dá)到300nm以上。
[0018] 3、小的偏振分離度，P光、S光在T= 50%TPK處的偏振分離度小于lnm。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅局 限于下列內(nèi)容的表述。
[0020] 圖1為現(xiàn)有二向分色鏡一種消偏振設(shè)計(jì)曲線；
[0021] 圖2為現(xiàn)有二向分色鏡另一種消偏振設(shè)計(jì)曲線；
[0022] 圖3為本發(fā)明膜層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)曲線，透射帶寬度達(dá)到350nm以上；
[0024] 圖5為本發(fā)明設(shè)計(jì)曲線的局部放大圖，透射帶到反射帶間距只有8nm，偏振分離度 小于0· 5nm〇
【具體實(shí)施方式】
[0025] 如圖所示，熒光分析用消偏振分色濾光片，由基底及高陡度消偏振膜系構(gòu)成；其 中，高陡度消偏振膜系在45度入射的條件下具備以下特征：透射區(qū)和截止區(qū)之間的波長(zhǎng)范 圍小于10nm;透射區(qū)范圍達(dá)到300nm以上；P光、S光在T= 50%TPK處的偏振分離度小于 lnm〇
[0026] 本發(fā)明所述高陡度消偏振膜系基本結(jié)構(gòu)為：
[0027]S|(αΗβΜγ?βΜαΗ)~n|A
[0028] 其中：S為玻璃基底；A為空氣；H為高折射率材料；L為低折射率材料；M為適合的 中間折射率材料；H、L、M均為光學(xué)厚度為人。/4 ;α、β、γ分別表示不同材料的匹配系數(shù)； η為循環(huán)次數(shù)。
[0029] 本發(fā)明所述的高折射率材料Η及低折射率材料L采用Ti02、Ta205、Nb205、！1?)2或 SiOj莫料。
[0030] 本發(fā)明提出一種采用高、中、低三種材料的五層循環(huán)的匹配膜系，其結(jié)構(gòu)如下：
[0031]S|(αΗβΜγ?βΜαΗ)~n|A
[0032] 其中：S為玻璃基底（熔融石英或者BK7)，A為空氣，H代表高折射率材料，M代表適 合的中間折射率材料，L代表低折射率材料，η代表循環(huán)次數(shù)，其值越大截止陡度越好。α、 β、γ分別表示不同材料的匹配系數(shù)，決定消偏振程度和透射區(qū)展寬度。
[0033] 本發(fā)明改變常規(guī)設(shè)計(jì)中將物理厚度d作為唯一改變量的做法，引入任意中間折射 率材料NM這一變量，根據(jù)聚集密度模型實(shí)現(xiàn)由選定的H、L的光學(xué)常數(shù)擬合中間折射率材 料Μ的光學(xué)常數(shù)，大大提高了設(shè)計(jì)的靈活性。聚集密度公式為：
[0034]Nm=PNh+(1-P)Nl
[0035] 其中NM為最終所需折射率；NH為高折射率材料;為低折射率材料;P為比例系 數(shù)。
[0036] 采用此方法設(shè)計(jì)的二向分色鏡可以在保證長(zhǎng)波足夠?qū)挼耐干鋷У那疤嵯潞芎玫?解決了傾斜入射中的偏振分離問(wèn)題，同時(shí)大大提高了分光陡度，很好地滿足應(yīng)用需求。
[0037] 設(shè)計(jì)實(shí)例：
[0038] 本膜系可以根據(jù)基本結(jié)構(gòu)，按實(shí)際需求選擇高、低兩種材料、合適的共鍍比例系數(shù) (P)以及合適的循環(huán)次數(shù)（η)實(shí)現(xiàn)。如：
[0039]Η材料：Nb205;L材料：Si02;P= 17. 6%;η= 25
[0040] 利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)設(shè)定目標(biāo)值進(jìn)行優(yōu)化求解，根據(jù)實(shí)際計(jì)算結(jié)果，去除極薄層，獲 得最終膜系。設(shè)計(jì)中各層物理厚度分布見(jiàn)表一，
[0041] 表一采用H:Nb205、Μ:Η和L組合材料、L:Si02三種材料設(shè)計(jì)優(yōu)化后的物理厚度分 布：
[0042]表一
[0043]



[0047] 可以理解地是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說(shuō)明本發(fā)明而并非受限于本 發(fā)明實(shí)施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行 修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種熒光分析用消偏振分色濾光片，其特征在于，由基底及高陡度消偏振膜系構(gòu) 成；其中，高陡度消偏振膜系在45度入射的條件下具備以下特征：透射區(qū)和截止區(qū)之間的 波長(zhǎng)范圍小于IOnm ;透射區(qū)范圍達(dá)到300nm以上；P光、S光在T = 50% Tpk處的偏振分離 度小于Inm02. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熒光分析用消偏振分色濾光片，其特征在于：所述高陡度消 偏振膜系基本結(jié)構(gòu)為： S I ( a H P M y L P M a H) n IA 其中：S為玻璃基底；A為空氣；H為高折射率材料；L為低折射率材料；M為適合的中間 折射率材料；H、L、M均為光學(xué)厚度為A。/4 ; a、P、Y分別表示不同材料的匹配系數(shù)；n為 循環(huán)次數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熒光分析用消偏振分色濾光片，其特征在于：所述的高折射 率材料H及低折射率材料L采用Ti02、Ta 205、Nb205、HfO2S SiO J莫料。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的熒光分析用消偏振分色濾光片，其特征在于：所述M材料為 H、L兩種材料按比例組合而成，其折射率在1.6~1.9之間。
【專利摘要】本發(fā)明屬濾光片領(lǐng)域，尤其涉及一種熒光分析用消偏振分色濾光片，由基底及高陡度消偏振膜系構(gòu)成；其中，高陡度消偏振膜系在45度入射的條件下具備以下特征：透射區(qū)和截止區(qū)之間的波長(zhǎng)范圍小于10nm；透射區(qū)范圍達(dá)到300nm以上；P光、S光在T＝50％TPK處的偏振分離度小于1nm；所述高陡度消偏振膜系基本結(jié)構(gòu)為：S|(αHβMγLβMαH)^n|A；其中：S為玻璃基底；A為空氣；H為高折射率材料；L為低折射率材料；M為適合的中間折射率材料；H、L、M均為光學(xué)厚度為λ0/4；α、β、γ分別表示不同材料的匹配系數(shù)；n為循環(huán)次數(shù)。本發(fā)明在45度入射時(shí)具有高陡度，寬透射帶，小的偏振分離度。
【IPC分類】G02B5/20
【公開(kāi)號(hào)】CN105242340
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510791272
【發(fā)明人】任少鵬, 高鵬, 趙帥峰, 胡雯雯, 吳增輝, 陰曉俊
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)儀表科學(xué)研究院有限公司
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月17日