专利名称：可改变工作波长且无光线偏移的滤光器及其使用方法
技术领域：
本发明涉及光谱分析技术，特别提供了 - -种改变 薄膜干涉滤光片工作波长且不造成出射光线偏移的滤 光器及其使用方法。本发明可应用于激光拉曼光谱及 荧光光谱等技术中。
背景技术：
拉曼散射是光与物质非弹性散射的一种现象，基 于这 一 现象的拉曼光谱仪是现代重要的光谱分析技 术，巳经在固体物理、半导体物理、催化、表面、生 物化学、材料^征和宝石鉴定等领域得到广泛的应用， 凭借它可获得许多有关物质结构的重要信息.与中子 散射等其它实验手段相比较，拉曼散射具有诸多优点， 例如，对样品无损伤，所需样品极少，并可以利用显 微光路系统对样品进行微区检测，实验装置简便等-因而日益受到科研工作者的重视。传统的大型拉曼谱
仪主要用相当于两个或二个单色仪串联，通过多次分
光作用，以达到最大的光谱分辨率。但是，这种拉曼
谱仪的体积庞大，操作非常不方便，不仅光谱透过率
较低，而且价格曰 卬虫 贝由于这个原因，很多科研单位
也釆用单联单色仪的小型微区拉曼光谱仪。这种小型
谱仪结构紧凑，操作简单，价格相对较低，因而在科
研工作中得到很大的推广如果为小型微区拉曼光谱
仪配备的激光器为钛蓝宝石激光器，就可以在相当
宽的光谱范围内选择激光线激发材料进行拉曼谱测 量，但是由于掺钛蓝宝石激光器的输出激光存在激光 伴线，它会形成拉曼光谱中的噪声信号，因此要在入 射激光光路上加上薄膜干涉滤光片加以滤除 但是要 在这么宽的光谱范围都密集配备各种工作波长的薄膜 干涉滤光片-，花费比较昂贵，并且操作不方便。因此 可以根据薄膜干涉滤光片角度调谐的基本原理，用较 少的薄膜干涉滤光片在较多的工作波长下进行拉曼谱 测量。然而，只用单片薄膜干涉滤光片的话会造成入 射激光光线的偏移，当每次通过旋转角度变动薄膜干 涉滤光片工作波长后，需要重新调整拉曼光谱仪的光 路来消除入射激光光线的偏移造成其后的拉曼光谱仪 光路变动，这就使拉曼光谱测量操作变得相当烦琐， 如何改变薄膜干涉滤光片的工作波长，而同时不造成出射光线偏移是目前小型微区拉曼光谱仪使用中有待
解决的重要问题。类似的问题也出现在荧光光谱测量
中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可改变]二作波长且无
光线偏移的滤光器及其使用方法。利用此结构，薄膜
干涉滤光片的工作波长能在30到6 0纳米范围内变
动，并且不会造成出射光线偏移。
本发明—种可改变工作波长且无光线偏移的滤光
器，其特征在于，该结构包括:
一底板
一第—旋转台，该第一旋转台安装在底板上面一
侧的上方，可以自由转动
一第旋转台，该第二旋转台安装在底板上面另
一侧的上方，可以自由转动；
一第—晶片固定器，该第—曰 曰曰片固定器固宝在第
旋转台上中央位置；
一第—曰 昍片固定器，该第—曰 曰H片固.定器固宝在第
—旋转台上中央位置
一薄膜干光片，g冑膜干涉滤光片安装在第—晶片固定器上；
一光学晶片组，该光学晶片组安装在第二晶片固 定器上；
一丝轴基座，该丝轴基座固定在底板上中间的上
一山
顿；
--丝轴，该丝轴的 一 端安装在丝轴基座上，可自 由转动；
一滑块，该滑块安装在丝轴上，可以由丝轴带动 沿丝轴轴往复运动，其上部还带有可以滑轨配合的凸 状卡头；
--步进电机，该步进电机安装在底板中间的下端， 与丝轴的另 一 端连接，可带动丝轴转动；
—第 一 杆件，该第 一 杆件的 一 端固定于第 一 旋转 台上，另 一 端有通透的凹型滑轨与滑块活性连接，滑 块的凸状卡头可在第--杆件的通透的凹型滑轨中滑 动；
一第二杆件，该第二杆件的 一 端固定于第二旋转 台上，另 一 端有通透的凹型滑轨与滑块活性连接，滑 块的凸状卡头可在第二杆件的通透的凹型滑轨中滑动。
其中光学晶片组是由不同的光学材料组合而成的 晶片组，或是单 一 的光学晶片。
本发明-^种可改变工作波长且无光线偏移的滤光
器的使用方法，该方法是使用如权利要求1所述的滤
光器，其特征在于，包括如下步骤
步骤1:将该滤光器置于入射光路上;
步骤2:通过调节第一旋转台和第二旋转厶 口调节
薄膜千涉滤光片和光学晶片组的工作角度，来调节薄
膜干涉滤光片的工作波长，使得薄膜干涉滤光片能让
特定波长的入射光通过。
下面结合附图对本发明的技术方案做进 一 步的详
细说明如后
图]是本发明可改变工作波长且无光线偏移的 滤光器的结构示意图。
图2是光学晶片组的设计要求图。
图3是将这种一种可改变工作波长且无光线偏移 的滤光器放在拉曼光谱仪信号光路上，并用白光做为 激发光，在不同的薄膜干涉滤光片入射光角度情况下 测得的镀银全反镜的反射光谱图。
具体实施例方式
请参阅图1所示，本
波长且无光线偏移的滤光
括一底板1 ;
一第一旋转台2 ，该
上面一侧的上方，可以白
一第—旋转台3 ，该
上面另 一 侧的上方，可以
—第一晶片固定器4
在第一旋转台2上中央位
--第二晶片固定器5
在第二旋转台3上中央位
一薄膜千涉滤光片6
在第--晶片固定器4上
一光学晶片组7 ，该
片固定器5上；该光学晶
组合而成的晶片组， 或是
一丝轴基座8，该丝
间的上端；
一丝轴9 ，该丝轴9
町自由转动營
发明本发明 一 种可改变工作 器，其特征在于，该结构包
第一旋转台2安装在底板1 由转动；
第二旋转台3安装在底板1 自由转动；
，该第一晶片固定器4固定 置；
，该第二晶片固定器4固定 置；
，该薄膜千涉滤光片6安装
光学晶片组7安装在第二晶 片组7是由不同的光学材料 单 一 的光学晶片； 轴基座8固定在底板1上中
的一端安装在丝轴基座8上，一滑块1o ，该滑块1 0安装在丝轴9-匕可以
由丝轴9带动沿丝轴9轴往复运动，其上部还带有可以滑轨配合的凸状卡头；
步进电机1 1 ，该步进电机1 1安装在底板i
中间的下端，与丝轴9的另 一 端连接，可带动丝轴9
转动
—第一杆件.1 2 ，该第 一 杆件1 2的—.端固定于第一旋转台2上，另 一 端有通透的凹型滑轨与滑块I
o活性连接，滑块1 0的凸状卡头可在第一杆件2
的通透的凹滑轨中滑动
—--■杆件1 3 ，该第二杆件1 3的丄山 顿固定于
第二旋转台3上，另一端有通透的凹型滑轨与滑块1
0活性连接，滑块1 0的凸状卡头可在第一杆件i
的通透的凹型滑轨中滑动
请再结合参阅图1所示，本发明一种可改变工作
波长且无光线偏移的滤光器的使用方法，该方法是使
用前所述的滤光器，包括如下步骤
步骤1将该滤光器置于入射光路上
步骤2:通过调节第一旋转台2和第一旋转厶
调节薄膜干涉滤光片6和光学晶片组7的作角度
来调节薄膜干涉滤光片6的工作波长，使得i幽 溥膜干涉
滤光片6能让特定波长的入射光通过。
实施例
如图1所示，图1是本发明的--种可改变工作波 长且无光线偏移的滤光器，该滤光器的结构包括一
底板1 、 一第 一 旋转台2 、一第二旋转台3 、一第一
晶片固定器4 、 一第二晶片固定器5 、 - 薄膜千涉滤
光片6 、 一光学晶片组7 、一丝轴基座8 、 一丝轴9 .
—滑块1 0 、一步进电机1 1 、 一第 一 杆件12、一
第二杆件1 3 。
实施时将第 一 第二旋转台2 、 3安放在底板上I ，
用第 一第二晶片固定器4 、 5固定薄膜干涉滤光片(-; 和与之匹配的光学晶片组7 ，并将它们安装在设计的
第 一 第二旋转台2 、 3上，初始时它们平行排列。通
过步进电机1 1驱动丝轴9带动滑块1 ()在丝轴9上
做 一 维运动，同时使第 一 第二杆件1 2 、1 3连动，
使第 一 第二旋转台2 、3转动带动薄膜干涉滤光片6 和光学晶片组7按相反方向旋转工作角度，可以在很 宽范围内调节薄膜干涉滤光片6的工作波长，且不造 成出射光线偏移。消除光线偏移的原理如下我们假
设薄膜干涉滤光片6的有效折射率n 1 ，厚度为d i . 薄膜干涉滤光片6外面介质的折射率为n 0 。当入射光 穿过薄膜干涉滤光片6后，由于薄膜干涉滤光片６内
外的折射率不--样，入射光经过薄膜干涉滤光片6后
光线将发生平移，使出射光线偏离入射光线，从而使
得其后的光路需要重新调整。为了避免这种情况，我
们设计了 一个光学晶片组7 ，其厚度d 2和有效折射率
n2使得入射光再穿过光学晶片组C后光线又回到原来
的方向。光学晶片组7对入射光入射薄膜干涉滤光片
6后因光线折射所产生的平移起到了补偿作用如图
2所示。
上面所示的光学晶片组7的补偿功能是在光^ 日 子即
片组7相对于入射光的偏转方向要与薄膜干涉滤光片
6相对于入射光的偏转方向相反来实现的。 为此我们
设计了 一种旋转装置，如图1所示。这种旋转装置由
一底板1 、 一第 一 旋转台2 、 一第二旋转台3、—弔
—晶片固定器4 、 一第二晶片固定器5、-"薄膜干涉
滤光片6 、 - 光学晶片组7 、 一丝轴基座8 、—丝轴
9 、 一滑块1 0 、 一歩进电机1 ].、一第一杆件1 2 、
—第二杆件1 3构成。当步进电机1 1转动时带动
丝轴9转动，使与丝轴9配合的滑块10沿丝轴9做
—维运动，第 一 第二杆件1 2 、1 3的—.端分别固定在对称安装在丝轴9两侧的第 一 第二旋转 台2 、3上，
第 一 第二杆件1 2 、 1 3的另 一 端分别与滑块1 0做 活性连接，因此做 一 维运动的滑块1 0将带动第 一 第
旋转台2、3沿相反的方向转动，从而使安装在第
第晶片固定器4、5上的薄膜千涉滤光片6禾D光
学晶片组7随着第一第二旋转台2、3沿相反的方向
转动
做为—个实例，我们将这种——种可改变:匸作波长
且无光线偏移的滤光器放在拉曼光谱仪信号光路上，
并用白光做为激发光，在不同的薄膜干涉滤光片入射
光角度情况下测得了镀银全反镜的反射光谱图(薄膜
千涉滤光片的标称工作波长为60纳米)，如图3所
示这张谱图实际上反映了这种改变薄膜干涉滤光片
:]一-作波长且不造成出射光线偏移的滤光器通过改变入
射光在薄膜干涉滤光片上的入射角度而改变薄膜干涉
滤光片作波的情况，而且在实验中我们也观察到
了其出射光线没有被偏移。这张图中显示了薄膜干涉
滤光片工作波长至少可以在30纳米范围内变动。
本发明可应用于激光拉曼光谱及荧光光谱等技术中。
权利要求
1. 一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器，其特征在于，该结构包括一底板；一第一旋转台，该第一旋转台安装在底板上面一侧的上方，可以自由转动；一第二旋转台，该第二旋转台安装在底板上面另一侧的上方，可以自由转动；一第一晶片固定器，该第一晶片固定器固定在第一旋转台上中央位置；一第二晶片固定器，该第二晶片固定器固定在第二旋转台上中央位置；一薄膜干涉滤光片，该薄膜干涉滤光片安装在第一晶片固定器上；一光学晶片组，该光学晶片组安装在第二晶片固定器上；一丝轴基座，该丝轴基座固定在底板上中间的上端；一丝轴，该丝轴的一端安装在丝轴基座上，可自由转动；一滑块，该滑块安装在丝轴上，可以由丝轴带动沿丝轴轴往复运动，其上部还带有可以滑轨配合的凸状卡头；一步进电机，该步进电机安装在底板中间的下端，与丝轴的另一端连接，可带动丝轴转动；一第一杆件，该第一杆件的一端固定于第一旋转台上，另一端有通透的凹型滑轨与滑块活性连接，滑块的凸状卡头可在第一杆件的通透的凹型滑轨中滑动；一第二杆件，该第二杆件的一端固定于第二旋转台上，另一端有通透的凹型滑轨与滑块活性连接，滑块的凸状卡头可在第二杆件的通透的凹型滑轨中滑动。
2 .根据权利要求1所述的 -种可改变工作波长 且无光线偏移的滤光器，其特征在于，其中光学晶片 组是由不同的光学材料组合而成的晶片组，或是单一 的光学晶片。
3 . —种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器 的使用方法，该方法是使用如权利要求1所述的滤光 器，其特征在于，包括如下步骤-步骤1 :将该滤光器置于入射光路上；步骤2 :通过调节第一旋转台和第二旋转台调节 薄膜千涉滤光片和光学晶片组的工作角度，来调节薄 膜干涉滤光片的工作波长，使得薄膜干涉滤光片能让 特定波长的入射光通过。
全文摘要
一种可改变工作波长且无光线偏移的滤光器，包括一底板；一第一旋转台安装在底板上面一侧的上方；一第二旋转台安装在底板上面另一侧的上方；第一晶片固定器固定在第一旋转台上中央位置；一第二晶片固定器固定在第二旋转台上中央位置；一薄膜干涉滤光片安装在第一晶片固定器上；一光学晶片组安装在第二晶片固定器上；一丝轴基座固定在底板上中间的上端；一丝轴的一端安装在丝轴基座上；一滑块安装在丝轴上，其上部还带有可以滑轨配合的凸状卡头；一步进电机安装在底板中间的下端，与丝轴的另一端连接；一第一杆件的一端固定于第一旋转台上；一第二杆件的一端固定于第二旋转台上。
文档编号G02F1/01GK101206312SQ20061016553
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月21日 优先权日2006年12月21日
发明者汇 朱, 甘华东, 昊 章, 谭平恒, 郑厚植 申请人:中国科学院半导体研究所