專利名稱：用于拉曼光譜系統(tǒng)的濾波器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜系統(tǒng)，例如，拉曼(Raman)光譜系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在美國專利No. 5442438中描述了已知的拉曼光譜系統(tǒng)，該文獻(xiàn)通過一 樣并入本文。圖1示出了這種系統(tǒng)的可商業(yè)獲得的實(shí)施方式。
在圖1中，來自激光源10的光13通過反射鏡12, 14和通過陷波或者 邊緣濾波器16反射，該濾波器16用作二向色分光鏡。其將光沿著光路15 導(dǎo)到顯微鏡18，其中，通過反射鏡20偏轉(zhuǎn)光穿過物鏡22并聚焦在樣品24 上。在該樣品上發(fā)生拉曼散射，從入射激光譜線以不同的波數(shù)產(chǎn)生拉曼位移 光。拉曼位移光通過物鏡22聚集并且通過反射鏡20沿著光路15返回到濾 波器16。
盡管濾波器16反射激光波長的光，其發(fā)送拉曼位移波數(shù)。與此同時(shí)， 其抑制更多的強(qiáng)激光譜線。在第二個(gè)相同的濾波器26處進(jìn)一步抑制激光譜 線。拉曼位移光然后穿過拉曼分析儀28，如美國專利No.5442438中描述的， 該拉曼分析儀28可包括衍射光柵，或者接收所關(guān)注的特定拉曼譜線的濾波 器。產(chǎn)生的光然后到達(dá)檢測器30。該檢測器可例如包括電荷耦合器件(CCD )， 跨過該電荷耦合器件拉曼光譜通過衍射光柵被分散?；蛘咭粸V波器可以根據(jù) 所選擇的拉曼波數(shù)將樣品的二維圖像傳遞到CCD。
陷波或者邊緣濾波器16， 26可以是全息濾波器，如美國專利No.5442438 中描述的一樣。或者這些濾波器可以是薄膜多層介質(zhì)濾波器，例如美國紐約 Rochester的Semrock公司提供的商標(biāo)為RazorEdge的硬質(zhì)氧化物濾波器。美 國專利No.7068430中描述了這些濾波器，該美國專利通過引用并入本文。
需要將濾波器16與光路成一定角度放置，以便從光源10朝著樣品24 注射光。但是，為了以接近激光i普線的波數(shù)在激光譜線的抑制和拉曼散射光 的接收之間提供銳截止，美國專利No.5442438描述了該角度應(yīng)該是小的入 射角，例如10° 。第二濾波器26以相同的低入射角類似布置以便提供匹配
4的性能。實(shí)際上，采用7.5°到13°之間的角度，但是也可以采用其他角度。 但是，即使以這種低角度入射，偏振效應(yīng)減小了截止的銳性。入射角越 大，問題越大。具體而言，p偏振光的截止與s偏振光的截止不同，其不同 量取決于入射角。濾光器的傳輸特性顯示截止邊緣中的臺(tái)階或者臺(tái)架，對于 隨機(jī)偏振光大約50 %傳輸。這導(dǎo)致在由器件測量的所產(chǎn)生的光譜中的偏振假 象。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種光譜系統(tǒng)，其包括 光源，其用于照明樣品并且導(dǎo)致以從光源的波數(shù)移位的波數(shù)散射； 光路，其用于收集散射光并將散射光傳遞到檢測器；以及 在所述光路中串聯(lián)布置的一對濾波器，所述濾波器被布置成抑制照明波
數(shù)的光并接受移位波數(shù)的光，所述濾波器對于第一和第二不同偏振狀態(tài)的光
具有不同的特性，
其特征在于，所述濾波器被布置成使得其對相應(yīng)的偏振狀態(tài)的相應(yīng)效果
至少部分相互纟氐消。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種濾波器結(jié)構(gòu)，其包括
在光路中串聯(lián)布置的一對濾波器，所述一對濾波器被布置成抑制第一波
數(shù)的光并接受第二波數(shù)的光，所述濾波器對于第一和第二偏振狀態(tài)的光具有
不同的特性，
其特征在于，所述濾波器被布置成使得其對相應(yīng)的偏振狀態(tài)的相應(yīng)效果
至少部分相互抵消。
優(yōu)選的是，兩個(gè)濾波器相對于光路圍繞相應(yīng)的軸線傾斜，所述軸線基本 上垂直。


以下將借助實(shí)例參照附圖解釋本發(fā)明的實(shí)施方式，其中
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的光i普系統(tǒng)的示意圖2示出了在這種系統(tǒng)中的一對濾波器的新穎布置；
圖3和4示出了各個(gè)濾波器相對于波數(shù)的傳輸特性；
圖5示出了兩個(gè)濾波器的組合傳輸(transmission)特性；以及圖6和7示出了用于例如圖1所示的系統(tǒng)中的另一濾波器的新穎布置。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施方式在很多方面與圖l描述的相同。圖2示出了在本發(fā)明 的第一實(shí)施方式中，對圖1改進(jìn)的一個(gè)方面。
第一陷波或者邊緣濾波器16與圖1的類型相同。其以相同的方式布置， 相對于光路15圍繞軸線32以合適的低的入射角例如10°傾斜。如上所述， 可以采用其他角度，例如7. 5°到13°之間，或者甚至45。。如圖2所示， 軸線32基本上是水平的。
但是，第二濾波器26以不同方式布置，如圖2所示為26A。其布置圍繞 平行于軸線32的軸線傾斜，而是圍繞基本上垂直于軸線32的軸線34傾斜。 因此，軸線34基本上是豎直的。但是，第二濾波器26優(yōu)選以與第一濾波器 相同的入射角傾斜，例如10° 。這確保了其性能與濾波器16的性能匹配， 下面將進(jìn)行描述。
當(dāng)然，也可以以其他方式布置濾波器，使得第一濾波器圍繞豎直軸線傾 斜，而第二濾波器圍繞水平軸線傾斜。也可以采用任何其他基本上垂直的布 置。在入射激光13將要通過濾波器16射入光路15的情況下，當(dāng)然需要以 適當(dāng)?shù)慕嵌葌魉偷綖V波器16。
圖3示出了第一濾波器16的傳輸特性(傳輸性與波數(shù))。其還顯示了激 光譜線L。在下面的描述中，s和p偏振方向都是相對于光的入射角限定的， 如圖3所示用于第一濾波器16。
如圖3所示，p偏振光的傳輸特性P在激光i普線L附近顯示了銳邊緣。s 偏振光的傳輸特性S具有類似的銳邊緣，但是離激光譜線更遠(yuǎn)。因此，混合 偏振光的傳輸特性M顯示了平臺(tái)或者臺(tái)階，大約50%傳輸，因?yàn)樵谠搮^(qū)域?yàn)V 波器傳輸p偏振光但是不傳輸s偏振光。
在現(xiàn)有技術(shù)的圖1的布置中，濾光器16和26都具有類似與圖3的特性。 因此，如上所述，偏振假象引入到激光譜線L附近所形成的光譜中。但是， 由于圖2的濾波器26A圍繞與濾波器16的軸線垂直的軸線傾斜，保留了相 對于s偏振和p偏振光的特性。如圖4所示，s偏振光的銳截止邊緣S比p 偏振光的截止邊緣P更靠近激光譜線。
因此，當(dāng)散射光沿著光路15運(yùn)行時(shí)相繼穿過濾波器16和26A時(shí)，圖5示出了組合的傳輸特性。S偏振光和p偏振光的整體傳輸特性S和P曲線更
加靠近?；旌掀窆獾暮铣商匦訫因此不具有圖3和4所示的臺(tái)架或臺(tái)階。 在所形成的光譜中減少或者消除了偏振假象。
在一種有利的布置中，第一濾波器16的傾斜軸線(32或者34 )被選擇 成使得離激光譜線L更遠(yuǎn)的抑制曲線與輸入激光偏振匹配。例如，當(dāng)激光是 s偏振時(shí)，采用具有圖3的特性的濾波器。或者，如果激光是p偏振，則第 一濾波器的軸線布置成使得具有圖4的特性曲線。通過調(diào)節(jié)入射角，濾波器 16可以被設(shè)置成使得其銳抑制邊緣更靠近激光譜線。組合濾波器提供了良好 的激光抑制性能，同時(shí)，與第一濾波器布置成相對于輸入激光偏振具有其他 傾斜軸線相比，這種布置接受更靠近激光譜線的拉曼散射光。
本發(fā)明不限于使用如圖2所示的圍繞垂直軸線傾斜的濾波器?？梢栽O(shè)想 其他布置來確保不同偏振狀態(tài)的兩個(gè)濾波器的效果部分或者整體相互抵消。
例如，圖6示出了這種布置。這里，具有兩個(gè)濾波器16, 26，它們是上 述任何類型的濾波器，它們傾斜提供上述描述的入射角。濾波器的傾斜軸線 彼此平行，如圖1所示的一樣。但是，半波片36設(shè)置在兩個(gè)濾波器之間。 這就使得光路15中的散射光從一個(gè)濾波器通向另一個(gè)濾波器時(shí)其偏振旋轉(zhuǎn) 90° 。該效果類似于使用圖2的垂直傾斜軸線。
可選擇的是，如圖7所示，可以采用復(fù)合光學(xué)元件38。其包括半波片 40,夾設(shè)在兩個(gè)濾波器42之間。_濾波器42可以是上述描述的任何類型的濾 波器，并且可以在半波片40的相對的表面上接合。但是，有利的是，濾波 器42是薄膜多層介質(zhì)類型，例如，Semrock公司提供的硬質(zhì)氧化物。它們可 以形成為直接在半波片40的相對的表面上的涂層。
如果希望將光返回到其原來的偏振狀態(tài)，可以在光^各15中在濾波器之 前或者之后設(shè)置第二半波片，半波片的布置如圖6和7所示。
所描述的實(shí)施方式可以結(jié)合相對于圖l描述的各種替代方案。在一種替 代方案中，取代顯微鏡18,可以采用已知類型的纖維光學(xué)探頭來分析遠(yuǎn)側(cè)樣 品。通過這種纖維光學(xué)探頭，入射激光可能不會(huì)通過濾波器16入射，但是 可通過第一光纖直接到達(dá)探頭。拉曼散射光然后通過第二光纖回到濾波器 16。
此外，該系統(tǒng)不限于拉曼光譜。可以用于其他任何類型的光語分析，例 如，熒光、窄譜線光致發(fā)光和陰極射線發(fā)光。
權(quán)利要求
1. 一種光譜系統(tǒng)，其包括光源，其用于照明樣品并且導(dǎo)致以從光源的波數(shù)移位的波數(shù)散射；光路，其用于收集散射光并將散射光傳遞到檢測器；以及在所述光路中串聯(lián)布置的一對濾波器，所述濾波器被布置成抑制照明波數(shù)的光并接受移位波數(shù)的光，所述濾波器對于第一和第二不同偏振狀態(tài)的光具有不同的特性，其特征在于，所述濾波器被布置成使得其對相應(yīng)的偏振狀態(tài)的相應(yīng)效果至少部分相互抵消。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜系統(tǒng)，其特征在于，兩個(gè)濾波器相對于所述光路圍繞相應(yīng)的軸線傾斜，所述軸線基本上相互垂直。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器被布置成在兩個(gè)濾波器之間布置有半波片。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光語系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器是所述半波片上的涂層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器是薄膜多層介質(zhì)濾波器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光譜系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器是硬質(zhì)氧化物濾波器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器是全息濾波器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光語系統(tǒng)，其特征在于，所述光i普系統(tǒng)是拉曼光譜系統(tǒng)。
9. 一種濾波器結(jié)構(gòu)，其包括在光路中串聯(lián)布置的一對濾波器，所述一對濾波器被布置成抑制第一波 數(shù)的光并接受第二波數(shù)的光，所述濾波器對于第一和第二偏振狀態(tài)的光具有 不同的特性，其特征在于，所述濾波器被布置成使得其對相應(yīng)的偏振狀態(tài)的相應(yīng)效果 至少部分相互抵消。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的濾波器結(jié)構(gòu)，其特征在于，兩個(gè)濾波器相對 于所述光路圍繞相應(yīng)的軸線傾斜，所述軸線基本上相互垂直。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的濾波器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述濾波器被布 置成在兩個(gè)濾波器之間布置有半波片。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的濾波器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述濾波器是所 述半波片上的涂層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的濾波器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述濾波器是薄 膜多層介質(zhì)濾波器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的濾波器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述濾波器是 硬質(zhì)氧化物濾波器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的濾波器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述濾波器是全 息濾波器。
全文摘要
一種拉曼光譜系統(tǒng)，其具有濾波器結(jié)構(gòu)，該濾波器結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)串聯(lián)的濾波器(16，26A)，用于從所關(guān)注的散射光抑制照明波數(shù)的光。濾波器傾斜布置并且對于第一和第二不同偏振狀態(tài)的光具有不同的特性。為此，濾波器布置成使得其對于相應(yīng)的偏振狀態(tài)的相應(yīng)效果至少部分彼此抵消。可例如將傾斜軸線(32，34)相互垂直布置來實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J3/44GK101523170SQ200780038131
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
發(fā)明者布賴恩·約翰·愛德華·史密斯, 理查德·威廉·博爾梅特 申請人:瑞尼斯豪公司