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激光应用中的滤光片和反光镜(一)

2020.6.16

在荧光应用中使用激光作为照明光源需要特别注意光路的问题。需要特别注意的地方集中在光的相干性、小的光束直径、光偏振以及光功率。在一些情形下,锥体角(入射角)、系统中存在的散射都是在光路设计中需要考虑的重要影响因素。虽然光路设计中需要对整个光路考虑周全,但这篇文章将着重讲解在光路中使用到的滤光片和分光镜。

在经典的仰角位置光照配置中有3种光件扮演着重要角色,分别是:激发片,二向色镜/分光镜、发射片。通常这些镜片被安装在一个立方盒底座上,这个底座可以根据需要插入或者从显微镜上移除。

在这个标准的荧光显微镜范例中,激发片可以阻断所有从深紫外到近红外波段的非荧光染料激发波段的光。通常这是一个具有30到60纳米半峰全宽(FWHM)的带通滤光片。在标准的显微镜中,这些镜片没有表面平整度规格或透射波阵面的要求。楔可以很大(通常是少于8弧分),划痕/戳的规格最小是80/50。可以有小到无法衡量或观察不到的针孔。通常这里不用过分担心样品自发荧光的问题,因为这个镜片被放置在成像路径之外。这个镜片通常来讲不是增透镀膜的并且采用浮法玻璃作为基片。这些激发片都是零度入射角设计的。

与epi平台相比,激光系统尽管大多数使用的还是上面列出的三种镜片但是他们的配置差异极大。这些滤光片和镜片通常并一定安装在一个底座/立方盒上,它们在光路中的位置也是根据系统的不同而变化。

在激光的应用中,大多数滤镜的规格要求有明显不同。纯化滤光片(用于激光的激发片)必须仅对来自激光的不需要的波段有过滤作用。现在还有很多用户认为激光不需要纯化滤光片,这不是正确的。几乎所有的等离子体激光器会产生多条不同功率的谱线,并且新一代的二极管发射谱具有更宽的半峰全宽。此外,它们也可能会有远离主要谱线的噪声。二极管泵浦固态激光器在它们的输出中通常会有非常窄发射谱,但是它有可能被泵浦源或主要谱线所污染。由于这些原因,所有的激光系统都要进行有或没有纯化滤光片时的信噪比检测。透射波阵面必须优于每英寸一个波,尽管有些应用中的要求是每英寸1/4个波或者更好。楔必须小,一个弧分以内,且没有针孔。必须事先考虑到样品的自发荧光,并且必须划痕/戳的规格不低于60/40。这些滤镜通常具有10-20纳米的半峰全宽,是经打磨和抛光过的,并且在任一面都是增透镀膜,而不是干涉镀膜。尽管标准的激光应用使用浮法玻璃作为基片效果非常好,拉曼技术以及其它的应用可能需要用熔融石英玻璃来消减光路中可能存在的任何自发荧光的。纯化滤光片被设计成适合于3-5度的入射角以确保反射的激光不会回到激光震荡腔中。如下图1。
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