專利名稱：具有可變波長選擇器以及可調(diào)干擾濾波器的單色光鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光學(xué)光譜測定領(lǐng)域，并且尤其涉及熒光光譜學(xué)。為了實現(xiàn)更高的發(fā)光度，并且自動抑制漫射光和不需要的光柵等級，本發(fā)明使用可調(diào)干擾濾波器。
背景技術(shù)：
單色光鏡通常用于光學(xué)光譜測定領(lǐng)域。單色光鏡通常包括用于容納具有波長范圍的入射光束的入口狹縫、衍射光柵和出口狹縫，光以基本上單色波長通過出口狹縫。光輸出的帶寬由出口狹縫的寬度決定。通過旋轉(zhuǎn)衍射光柵，可以在所需范圍上調(diào)諧單色光鏡的波長。使用光電檢測器記錄光強(qiáng)度作為波長的函數(shù)。在單色光鏡中，尤其來自于光柵的一部分光，散射并且在光電檢測器處呈現(xiàn)為雜散信號，參見 τ. N. Woods、ffrigley, G. J. Rottman 和 R. Ε. Haring 發(fā)表在 App. Optics 33 第 4273-4285頁的文章。當(dāng)測量弱熒光光譜時，該雜散信號可能導(dǎo)致不可接受的性能。為了減少該問題，可以使用第二單色光鏡而改進(jìn)該單色光鏡的輸出，所述第二單色光鏡的波長調(diào)諧至基本上等于第一單色光鏡的波長，由此減少雜散光。然而，這種設(shè)置需要兩倍數(shù)量的光學(xué)部件，而減少了光輸出量并且形成較大的足跡(footprint)。而且，在光柵光譜范圍的兩端，輸出量顯著下降。光柵不可避免地反射第二和更高衍射級通過出口狹縫，而給出了不合需要的雜散短波信號。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種使用可變干涉濾波器的對光進(jìn)行光譜濾波的系統(tǒng)，其調(diào)諧至由具有可變波長輸出的設(shè)備所選的波長，該設(shè)備的例子包括光柵或法布里珀羅濾光器。干涉濾波器可以具有高達(dá)五或六級抑制幅度的非常高背景的寬帶。通過使用可變波長選擇器，諸如單一單色光鏡，結(jié)合這種可調(diào)諧干涉濾波器，提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，其具有與已知雙單色光鏡基本上相同的光譜性能，但是具有顯著改進(jìn)的背景抑制和靈敏性。對于許多應(yīng)用，尤其在例如生物樣本的熒光光譜檢測中，這是非常重要的。在更便宜、更小型的分光計中可以提供該高級性能。該系統(tǒng)可以包括控制器，用于控制對可變干涉濾波器和波長選擇器的同步調(diào)諧。 控制器可以例如存儲用于同步調(diào)諧的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，其可以例如采取查找表的形式，其包括輸出波長值，和將可調(diào)諧干涉濾波器的波長與光柵設(shè)置輸出基本上對齊所需的相應(yīng)濾波器設(shè)置。可以按序地使用插值法以相應(yīng)于所需單色光鏡波長而控制濾波器設(shè)置，其值在兩個已存儲的單色光鏡波長值之間。用于同步調(diào)諧的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以作為選擇地采取用于所需單色光鏡波長的等式/ 公式和相關(guān)安裝參數(shù)的形式，以計算將可調(diào)諧干涉波濾波器的波長與單色光鏡波長基本上對齊所需的濾波器設(shè)置?？烧{(diào)諧干涉濾波器可以包括沿著橫向方向的可變厚度干涉層。這已知為楔形濾波器。通過遮住楔形濾波器的一部分，可以使得透射的波長改變。
可調(diào)諧干涉濾波器可以利用諸如玻璃、石英等的透明基底。另外，可調(diào)諧干涉濾波器可以包括一對反射元件。反射元件可以具有平行的反射平面。可以在反射元件的表面之間提供中間氣隙層。通過改變該氣隙層的尺寸，可以調(diào)諧干涉濾波器?？烧{(diào)諧干涉濾波器可以包括波長通帶，其寬度可設(shè)計或者可以是長波帶通邊緣過濾器(LffP)或者短波帶通(SffP)，如多層設(shè)計所確定的，例如J. S. Seeley和S. D. Smith在 1966 年的 Applied Optics 5 的第 81-85 頁。可調(diào)諧干涉濾波器可以包括濾波器激勵器，其可操作以通過垂直于光軸和分光計裂縫線而平移濾波器，以調(diào)諧波長?？梢宰詣拥丶钸^濾器激勵器。例如，濾波器激勵器包括渦輪蝸桿和步進(jìn)電動機(jī)或者印刷機(jī)結(jié)構(gòu)的改變。單色光鏡可變長度選擇器可以包括反射衍射光柵?？烧{(diào)諧干涉濾波器可以定位在光學(xué)系統(tǒng)中的各個位置處，例如入口狹縫和出口狹縫的任一側(cè)。將過濾器定位在出口狹縫處或者尤其與衍射光柵位于出口狹縫的同一側(cè)并且與光檢測器相鄰，尤為有利，這是由于其形成了對抑制雜散光的最大改進(jìn)，并且相應(yīng)地最大改進(jìn)信噪比。這在熒光可能較弱的熒光分光應(yīng)用中非常重要。使用同步濾波器顯著地改進(jìn)了熒光分光計靈敏性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“Water Raman”測試的信噪比。系統(tǒng)可以是吸收型或者其他形式的分光計。分光計可以包括樣本區(qū)域；激勵源，用于照亮樣本區(qū)域，以及包括可變波長選擇器和可調(diào)諧干涉濾波器的發(fā)射通路。該源可以包括窄帶光源，諸如窄帶激光源，以及尤其是可調(diào)諧激光源。光源可以是寬帶光源，諸如白光源、超連續(xù)光譜激光器或者閃光燈，即連續(xù)光譜波源，諸如氙氣燈等，組合有固定或可調(diào)諧帶寬濾波器，以確定激勵波長。系統(tǒng)可以包括兩個楔形干涉濾波器，其同步移動以用于波長控制，而相對彼此移動用于帶寬控制。該設(shè)備可以允許光譜選擇和觸發(fā)超連續(xù)光譜源。與使用光柵用于波長選擇相比，該設(shè)備可以防止光束失真。另外，觸發(fā)機(jī)構(gòu)將最小化暫時光束偏移。根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種對光進(jìn)行光譜濾波的方法，包括使用可變波長選擇器選擇輸出波長，并且同步地調(diào)諧可變干涉濾波器至所選的輸出波長，由此提供經(jīng)光譜濾波的輸出。該方法可以包括掃描輸出波長以及一定波長范圍上的可調(diào)諧濾波器。該方法可以包括使用楔形干涉濾波器和使用球形鏡面的離軸照明，以提供行聚焦以限定已照明的濾波器楔形區(qū)域，并且提供輸出的波長。


現(xiàn)在將參考隨附附圖，僅作為范例地描述本發(fā)明，其中圖1是熒光分光計；圖2是在圖1的分光計中使用的楔形可變干涉濾波器的詳細(xì)示意圖；圖3是圖2的楔形可變干涉濾波器的示意性透光光譜；圖4比較了楔形可變干涉濾波器的透光光譜和在圖1的分光計校準(zhǔn)期間測得的發(fā)射單色光鏡設(shè)置；
圖5示出了圖2的楔形可變干涉濾波器當(dāng)在圖1的分光計中使用時的校準(zhǔn)曲線；圖6示出了使用楔形可變干涉濾波器和圖1的分光計的發(fā)射單色光鏡設(shè)置的用于進(jìn)行雜散光抑制測量的實驗性設(shè)置；圖7比較了移除了楔形可變干涉濾波器的發(fā)射單色光鏡設(shè)置的透射光譜和如使用圖6中的實驗性設(shè)置而測得的具有楔形可變干涉濾波器安裝在合適位置的發(fā)射單色光鏡設(shè)置的透光光譜；圖8示出了采取半對數(shù)坐標(biāo)的圖7的透射光譜；圖9比較了移除了楔形可變干涉濾波器的發(fā)射單色光鏡設(shè)置的透射光譜和如使用圖6中的實驗性設(shè)置而測得的雙單色光鏡的透射光譜；圖10示出了采取半對數(shù)坐標(biāo)的圖9的透射光譜；圖11示出了雜散光透射通過雙單色光鏡的第二元件以及標(biāo)準(zhǔn)化的單一單色光鏡之后的干涉濾波器，以考慮在所選透射波長處的透射；圖12是圖1的分光計在備選可變干涉濾波器附近的詳細(xì)示意圖；圖13示出了可變干涉濾波器在圖1的分光計中的各個備選位置；圖14是干涉單色光鏡的示意圖；圖15示出了圖14的單色光鏡的透射與波長的兩幅視圖；以及圖16是使用超連續(xù)光譜激光器的可調(diào)諧光源的示意圖。
具體實施例方式圖1示出了熒光分光計2，用于測量來自樣本4的熒光。分光計2具有光源6，諸如氙氣燈，其具有例如5至450W的輸出功率，以及光電檢測器8，例如處于Peltier冷卻外殼9中的紅敏(185-900nm)Hamamatsu Photonics R928P光電倍增管(PMT)。在分光計2的光軸5上，具有激勵單色光鏡12，用于對光進(jìn)行光譜濾光，以產(chǎn)生激勵光束14，其隨后由激勵透鏡15而沿著光軸5的激勵部分16而聚焦在樣本4上。樣本4和激勵透鏡15均收納在樣本腔17中。從樣本4發(fā)射的熒光由發(fā)射透鏡18收集，其沿著光軸5的發(fā)射部分20而將發(fā)射光束19耦合入發(fā)射單色光鏡22中。光軸5的發(fā)射部分20基本上垂直于激勵部分16，以限制發(fā)射通路上的激勵光量。一般地，熒光(因而發(fā)射光束19)的波長與激勵光束14的波長不同。發(fā)射單色光鏡22在光譜上過濾發(fā)射光束19，并且將已過濾的熒光耦合至PMT 8上。每個激勵和發(fā)射單色光鏡12、22具有反射衍射光柵24、26，例如每毫米具有1800 個槽的光柵。每個光柵24、26可分別經(jīng)由步進(jìn)電動機(jī)50、52而旋轉(zhuǎn)，以改變單色光鏡12、 22透射的光波長。為了校準(zhǔn)和引導(dǎo)光，在入口縫隙32、34和衍射光柵24、26之間提供凹透鏡28、30形式的準(zhǔn)直元件。還提供以又一凹透鏡36、38形式的聚焦元件，以聚焦光朝向出口縫隙40、42，該縫隙40、42確定透射帶寬。為了引導(dǎo)光從凹透鏡36朝向出口縫隙40，激勵單色光鏡12具有輸出轉(zhuǎn)向鏡44。類似地，為了引導(dǎo)光從入口縫隙34朝向凹透鏡30，發(fā)射單色光鏡具有輸入轉(zhuǎn)向鏡46，并且為了弓丨導(dǎo)光從又一凹透鏡38朝向出口縫隙42，其具有輸出轉(zhuǎn)向鏡48。在發(fā)射單色透鏡22內(nèi)，在靠近出口縫隙42附近的位置處，在輸出轉(zhuǎn)向鏡48和出口縫隙4之間具有可調(diào)諧干涉濾波器60，其具有楔形可變干涉濾波器61以及包括步進(jìn)電動機(jī)的線性激勵器62?？烧{(diào)諧干涉過濾器61提供附加光譜濾波，并且調(diào)諧至單色光鏡光柵的光?？梢允褂们蛐午R的離軸照明，提供行焦距以限定受照明的濾波器楔形區(qū)域，以及輸出的波長。圖2更詳細(xì)地示出了楔形濾波器61。其具有基底63，其包括反射層64和設(shè)置于其上的腔層66。兩個腔層66夾在反射層64之間。反射層64和腔層66的厚度沿著楔形可變干涉濾波器61的寬度(即在圖2中從左到右)而改變。在寬度方向上給定位置處， 對于給定設(shè)計波長，將反射層64和腔層66分別設(shè)計為四分之一波長和半波長層。這種類型的濾波器是已知的，并且例如在由S. D. Smith于1958年在J. Optical Soc. Of America 上 48、43_50 頁的文章"Design of Multilayer Filter by Considering Two Effective Interfaces”中所述的，所述文獻(xiàn)的內(nèi)容在此引入作為參考。圖3示出了用于入射在楔形可變干涉過濾器61上的光束68的透射光譜。其具有通帶形狀，其在該情況下寬度為25nm，部分由層64、66的厚度改變率以及光束68穿過濾波器61的寬度的程度而確定。通帶中心圍繞設(shè)計波長72?？梢酝ㄟ^在如圖2中的箭頭74所示的楔形可變干涉濾波器61的寬度的方向上，相對于光束68而平移濾波器61，可以對其進(jìn)行調(diào)諧。這可以在例如約300-700nm或以上的光譜范圍上進(jìn)行。在分光計2中包括控制器80，其具有處理器82和存儲器84。如圖1中的虛線所示，控制器設(shè)置用于與PMT 8、光柵步進(jìn)電動機(jī)50、52以及濾波器線性制動器62通信。在使用中，將電PMT信號從PMT 8傳輸至控制器80，其中數(shù)據(jù)可以由處理器82處理或者存儲在存儲器84中。在使用分光計2之前，楔形可變干涉濾波器61被移除，并且根據(jù)常規(guī)方法而根據(jù)絕對波長來校準(zhǔn)發(fā)射單色光鏡光柵26。這是有必要的，因為通過在一定波長范圍上掃描單色光鏡并且監(jiān)視檢測器上的信號而采集得的原始光譜，將不會是正掃描的樣本的真實表示。檢測器的靈敏性、單色光鏡的輸出以及光學(xué)器件的性能都將根據(jù)波長而改變，并且也將對測得的光譜起到一定作用。應(yīng)當(dāng)矯正已采集的波長，以便于從樣本獲得發(fā)射的真實光譜。 通過使得測得的光譜除以校正文件，而應(yīng)用校正。為了獲得校正文件，將其中精確已知光譜的已矯正光源(諸如鎢燈)設(shè)置在樣本腔上，從而光入射在定位在樣本位置86上的一片PTFE散射器上。使用分光計的發(fā)射臂測量燈的光譜；將其除以燈的已知光譜，以給出儀器靈敏性的光譜——校準(zhǔn)文件，隨后可以使用其以校正測量值?？梢詫⑾嗤男Ｕ龣C(jī)制用于包含單一單色光鏡和可變干涉濾波器的系統(tǒng)。為了使得干涉濾波器61的波長72與發(fā)射單設(shè)光鏡出口縫隙42的波長(下文稱為發(fā)射單色光鏡波長)同步，從分光計2中移除樣本4，并且關(guān)閉光源6。汞燈(未示出) 耦合至光纖(未示出)，而光纖的遠(yuǎn)端定位在樣本位置86處，從而發(fā)射透鏡18收集來自燈的光。隨著從分光計2中初始移除楔形可變干涉濾波器61，對于例如在200-870nm范圍上的每個發(fā)射單色光鏡波長測量PMT信號，并且將其連同相應(yīng)的發(fā)射單色光鏡波長值一同存儲在控制器存儲器84中。PMT信號作為發(fā)射單色光鏡波長值的函數(shù)的相應(yīng)繪圖顯示在圖4 中，并顯示為一系列對應(yīng)汞燈的發(fā)射線的峰。楔形可變干涉濾波器61然后被對于發(fā)射單色光鏡26以如下方式進(jìn)行校準(zhǔn)。濾波器61在系統(tǒng)中被替換，而發(fā)射單色光鏡通過步進(jìn)電動機(jī)52被設(shè)為零位位置，從而它可以作為非色散平面鏡。由于楔形可變干涉濾波器61通過濾波器線性激勵器62的步進(jìn)電動機(jī)而轉(zhuǎn)換穿過汞燈光，PMT信號然后被監(jiān)視。在濾波器線性激勵器62的步進(jìn)電動機(jī)(以下稱濾波器步進(jìn)電動機(jī))的每一個位置，PMT信號值和相應(yīng)的步進(jìn)電動機(jī)位置被儲存在控制器存儲器84中.而轉(zhuǎn)換穿過汞燈光PMT信號作為濾波器步進(jìn)發(fā)動機(jī)位置的函數(shù)的合成繪圖，包括一系列寬峰，每個峰對應(yīng)汞燈線的其中一個，如圖4中所示。使用圖4的數(shù)據(jù)以及已存儲的步進(jìn)電動機(jī)位置，可以獲得濾波器位置相對于發(fā)射單色光鏡波長的繪圖，如圖5中所示。這些數(shù)據(jù)點可以存儲在控制器存儲器84中，從而可以將濾波器容易地調(diào)諧至單色光鏡波長。在一些情況下，繪圖接近于或可以近似于線性擬合，如圖5中所示。然而，在其他情況下，該關(guān)系可以是非線性的，在該情況下，使用多項式擬合函數(shù)、通常為四級函數(shù)，作為矯正精確性和在高級多項式中可能發(fā)生的不穩(wěn)定問題之間的折中。作為備選方法，如果已經(jīng)矯正了單色光鏡，可以使用寬帶源，諸如氙氣燈，用于矯正其自身的可變干涉濾波器。移動單色光鏡至一組波長。在這些波長的每一個處，將濾波器在其范圍上移動，并且記錄光譜?？梢允褂梅逯邓阉魉惴ㄒ詫ふ夜庾V的最大值，即濾波器和單色光鏡的波長相同的發(fā)動機(jī)位置。隨后可以使用該組濾波器位置和波長以產(chǎn)生多項式擬合函數(shù)。該方法不需要已矯正的光源，并且如果將濾波器換為具有不同波長范圍或尺寸的濾波器，也可以使用該方法。此外，一旦已經(jīng)選擇所選波長，校準(zhǔn)處理可以使用軟件而自動化。同步調(diào)諧單色光鏡和干涉濾波器可以由軟件而實現(xiàn)。在該情況下，響應(yīng)于移動至特定波長的指令，控制器將一指令傳送至單色光鏡激勵器，以移動至相應(yīng)于單色光鏡波長的位置，而同時將一指令傳送至濾波器激勵器以移動至相應(yīng)于波長等于單色光鏡波長的位置。作為選擇地，可以由硬件連接實現(xiàn)同步調(diào)諧，其中將單色光鏡激勵器機(jī)械地連接至濾波器激勵器，從而濾波器激勵器上的移動自動地引起濾波器移動至一定位置，在該位置將其調(diào)諧至與單色光鏡具有相同波長。作為另一備選實施例，可以通過固件連接而實現(xiàn)同步調(diào)諧，其中將移動至一定波長的單一指令傳送至固件，其分別傳送指令至單色光鏡和濾波器激勵器以分別移動至相應(yīng)于該波長的位置。圖6示出了實驗性設(shè)置，用于評估具有和不具有同步調(diào)諧楔形可變干涉濾波器 61處于合適位置的發(fā)射單色光鏡22的雜散光性能。隨著從樣本腔17中移除樣本4，將在 532nm處倍頻輸出的Nd YAG激光器90設(shè)置在樣本腔17中。引導(dǎo)來自Nd YAG激光器90的光，朝向位于樣本位置86的PTFE散射源92，以模擬來自樣本的散射發(fā)光，而使用發(fā)射透鏡 18以收集和耦合532nm處的已模擬散射發(fā)光，進(jìn)入發(fā)射單色光鏡22的入口縫隙34。在圖7和8中繪制了具有和不具有濾波器61的PMT信號作為波長的函數(shù)的繪圖。根據(jù)圖7，顯然的是，在具有濾波器61安裝在合適位置的發(fā)射臂的光輸出量存在下降。根據(jù)圖8，同樣顯然的是，與具有濾波器61安裝在合適位置的發(fā)射單色光鏡22的雜散光相關(guān)的PMT噪聲層，至少比不具有濾波器61安裝在合適位置的情況低兩個數(shù)量級，至少跨過圖8中所示的發(fā)射單色光鏡22的波長范圍。還使用圖6的實驗設(shè)置以評估雙單色光鏡的雜散光性能，并且將其與雙單色光鏡的第一單色光鏡的性能相比。相應(yīng)的PMT信號作為不具有濾波器61安裝在合適位置的發(fā)射單色光鏡22的波長的函數(shù)以及作為雙單色光鏡的波長函數(shù)的相應(yīng)繪圖，繪制在圖9和圖10中。根據(jù)圖9，顯然的是，當(dāng)使用雙單色光鏡，而非僅適用雙單色光鏡的第一單色光鏡時，存在光輸出量的減少。因而，雙單色光鏡的光輸出量性能，與在532nm處具有同步調(diào)諧楔形可變干涉濾波器61安裝在合適位置所觀察得的性能，處于同一數(shù)量級，后者接近于所使用的光柵的最優(yōu)(閃耀)波長。雙單色光鏡的第二單色光鏡的光輸出量將在除了該閃耀波長之外的波長處下降，因為它事實上將用于所有衍射光柵單色光鏡。然而，將不以該方式影響干涉濾波器，因為其不具有對閃耀波長的約束。根據(jù)圖10，同樣顯然的是，與用于雙單色光鏡的雜散光相關(guān)的PMT噪聲層僅低于與在圖10中所示的發(fā)射單色光鏡22的波長范圍上一些波長處不具有干涉濾波器61安裝在合適位置的發(fā)射單色光鏡22的雜散光相關(guān)的PMT噪聲層的一至兩個數(shù)量級。圖11示出了在通過已標(biāo)準(zhǔn)化的單一單色光鏡以考慮在所選透射波長(532nm)的透射之后，雜散光透射通過雙單色光鏡的第二元件和干涉濾波器的，即，其示出了雙單色光鏡的第二元件和干涉濾波器透射的雜散光。從圖中顯然的是，與位于波長范圍550-650nm 的大部分上的雙單色光鏡設(shè)置相比，具有干涉濾波器61安裝在合適位置的發(fā)射單色光鏡 22具有高級的雜散光抑制。因此，具有干涉濾波器61的發(fā)射單色光鏡22的靈敏性，優(yōu)于雙單色光鏡設(shè)置。雖然已經(jīng)參考楔形濾波器描述了上述系統(tǒng)，但是可以使用任何合適的可變干涉濾波器。圖12示出了備選濾波器的實例。其具有一對反射元件100、102，每個反射元件包括具有拋光表面108、110的石英基底104、106，在所述拋光表面108、110上沉積有介電層的反射堆積112、114。每個反射表面112、114的面，平行于另一反射元件的反射表面114、112 并且與其間隔開。反射表面由氣隙116間隔開，通過如箭頭118所示移動反射元件102朝向或遠(yuǎn)離反射元件100，可以調(diào)整氣隙116。圖13示出了可調(diào)諧干涉濾波器60沿著圖1的分光計2的光軸的多個備選位置。 例如，濾波器60可以定位在入口縫隙34和發(fā)射單色光鏡22的轉(zhuǎn)向鏡46之間。作為選擇地，干涉濾波器60可以定位在位于轉(zhuǎn)向鏡44和出口縫隙40之間或者僅位于入口縫隙之后的激勵單色光鏡12內(nèi)。干涉濾波器60的其他備選位置位于樣本腔17中。例如，干涉濾波器60位于樣本腔17中，處于激勵透鏡15之前、在激勵透鏡15和樣本位置86之間、在樣本位置86和發(fā)射透鏡18之間或在發(fā)射透鏡18之后。圖14示出了實施本發(fā)明的另一系統(tǒng)。這是干涉單色光鏡120，其中使用具有可變氣隙的高分辨率fabry-perot濾波器122，以及楔形干涉濾波器123。Fabry-perot濾波器是本領(lǐng)域熟知的，因而本文將不再詳細(xì)描述。移動fabry-perot濾波器122改變透射的波長。在使用中，將fabry-perot濾波器122移動至所需的位置以輸出感興趣的波長，并且使用楔形干涉濾波器122以對合成的fabry-perot輸出進(jìn)行光譜濾波。正如前述實施例中一樣，fabry-perot濾波器122和楔形干涉濾波器124同步調(diào)諧?？梢酝ㄟ^例如軟件或硬件或固件連接而實現(xiàn)同步調(diào)諧， 其中將移動至一定波長的單一指令傳遞至固件，其將各個指令傳遞至楔形濾波器124和 fabry-perot濾波器122激勵器，以移動至對應(yīng)于所需波長的各個位置。圖15示出了濾波器122和楔形干涉濾波器124的組合效應(yīng)。圖15(a)示出了透射相對于圖14的單色光鏡的波長的關(guān)系圖，而圖15(b)示出了相同的數(shù)據(jù)，但是采用對數(shù)坐標(biāo)。根據(jù)這些附圖，可見的是，可調(diào)諧楔形濾波器1 抑制了由fabry-perot濾波器122 輸出的較高等級的波長。因而，可調(diào)諧楔形濾波器1 和fabry-perot濾波器122的組合提供了高質(zhì)量光譜濾波的輸出。圖16示出了允許對超連續(xù)光譜激光器進(jìn)行波長選擇的系統(tǒng)126。來自超連續(xù)光譜源128的輸出入射在第一寬帶楔形干涉濾波器130上。第一干涉濾波器130透射一種波長，并且將其余的光反射入束流收集器132中。寬帶干涉濾波器130可以是單一設(shè)備或者一對高通和低通波長濾波器。透射的波長取決于濾波器130上的超連續(xù)光譜波束的橫向位置。隨后，第一濾波器130透射的輻射通過第二楔形干涉濾波器132，用于進(jìn)行光譜提純， 即額外地抑制不合需要的波長，以產(chǎn)生高質(zhì)量的輸出波束134。從第二楔形干涉濾波器134 的反射入射在觸發(fā)二極管136上，以允許由感興趣的波長觸發(fā)超連續(xù)光譜，因而最小化瞬時波束偏離。濾波器130、134同步調(diào)諧，以改變透射的波長。作為選擇地，通過關(guān)于彼此移動濾波器130、134，一個濾波器的高通波長邊緣和另一濾波器的低通波長邊緣將確定光譜帶寬，因而可以改變光譜帶寬。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，可以對所公開設(shè)置進(jìn)行改變，而不脫離本發(fā)明的范圍。 例如，雖然參考捕獲來自樣本的發(fā)射而描述了圖1的系統(tǒng)，所述樣本例如發(fā)光，諸如電致發(fā)光、光致發(fā)光、熒光等，但是光可以透射通過樣本或者由樣本反射。因此，僅作為實例描述了上述特定實施例，而非出于限制目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，可以進(jìn)行較小的改變， 而無需對上述操作進(jìn)行顯著改變。
權(quán)利要求
1.一種用于對光進(jìn)行光譜濾波的系統(tǒng)，包括用于從光源中選擇波長的可變波長選擇器，以及用于對來自可變波長選擇器的光進(jìn)行濾波的可調(diào)諧干涉濾波器，其中干涉濾波器同步調(diào)諧至可變波長選擇器的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中可變波長選擇器包括光柵，例如衍射光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中可變波長選擇器包括濾波器，例如 fabry perot 濾波器。
4.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中可變波長選擇器和/或可調(diào)諧干涉濾波器包括楔形干涉濾波器。
5.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中可調(diào)諧干涉濾波器包括可變干涉濾波器，其沿著橫向而改變。
6.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中可變干涉濾波器具有至少一層或多層，其厚度沿著橫向改變。
7.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中可調(diào)諧干涉濾波器在設(shè)計上是線型或者圓形。
8.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中可調(diào)諧干涉濾波器具有通帶，其由橫向上入射在可變干涉濾波器上的波束入射錐形和面積以及波束沿著橫向入射的位置所確定。
9.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中可調(diào)諧干涉濾波器可關(guān)于光軸沿著橫向而移動。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中可調(diào)諧干涉濾波器包括一對反射元件，其中至少一個反射元件可相對于另一個反射元件移動，以向光柵提供波長調(diào)諧同步。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中反射元件具有平行的反射表面。
12.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中一個可變波長選擇器包括衍射或折射元件。
13.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中光包括來自樣本的發(fā)射的任何形式， 例如熒光。
14.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，包括超連續(xù)光譜光源。
15.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)是可調(diào)諧波長源。
16.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，包括一個或多個控制器，用于同步調(diào)諧干涉濾波器和可變波長選擇器。
17.一種分光計或單色光鏡，其包括根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)。
18.—種對光進(jìn)行光譜濾波的方法，包括使用可變波長選擇器而選擇輸出波長，并且同步調(diào)諧可變干涉濾波器至所選輸出波長，由此提供光譜濾波的輸出。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，包括在波長范圍上掃描輸出波長和可調(diào)諧濾波器。
20.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，包括使用楔形干涉濾波器和使用離軸照明球形鏡，以提供行聚焦，而限定所照明的濾波器楔形區(qū)域，并因而限定輸出的波長。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對光進(jìn)行光譜濾波的系統(tǒng)，包括用于從光源(4、6)中選擇波長的可變波長選擇器(12、22)；以及用于對來自可變波長選擇器的光進(jìn)行濾波的可調(diào)諧干涉濾波器(60)，其中干涉濾波器同步調(diào)諧至可變波長選擇器的輸出。
文檔編號G01J3/26GK102246015SQ200980150255
公開日2011年11月16日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月14日
發(fā)明者D·U·納特, R·W·P·芬斯克, S·D·史密斯 申請人:愛丁堡儀器有限公司