扩展截止滤光片工作波长的结构及其使用方法技术

本发明专利技术涉及光谱分析技术领域，一种扩展截止滤光片工作波长的结构及其使用方法，该结构包括底板、截止滤光片、光学晶片组、晶片固定器和转动装置。将转动装置安放在底板上，用晶片固定器固定截止滤光片和与之匹配的光学晶片组，并将它们安装在设计的转动装置上，通过转动装置改变截止滤光片和光学晶片组的角度，可以在很宽范围内扩展截止滤光片的工作波长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光谱分析
，特别提供了一种可以扩展截止滤光片工作波长的结构，以及这种结构的使用方法。
技术介绍
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，已经在固体物理、半导体物理、催化、表面、生物化学、材料表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三个单色仪串联，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，而且价格昂贵。由于这个原因，很多科研单位也采用单联单色仪的小型微区拉曼光谱仪。该谱仪可以用陷波滤波器或截止滤光片滤掉强的瑞利信号。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。对于这样的小型谱仪，陷波滤波器或截止滤光片是最关键的部件之一。陷波滤波器能滤掉其工作波长附近的瑞利散射信号，而在Stokes和anti-Stokes两侧的信号都具有很高的透过率。但是，陷波滤波器的工作波长会随着时间的延长而向长波方向移动，这使得陷波滤波器的使用寿命相对比较短，只能使用数年。与陷波滤波器不同的是，截止滤光片能滤掉比其工作波长短的所有光学信号，而在Stokes一侧的信号却具有很高的透过率。相对于陷波滤波器来说，截止滤光片的光学性质稳定，其工作波长不随时间的改变而改变，非常稳定。这使得截止滤光片在小型微区拉曼光谱仪中越来越得到广泛的使用。截止滤光片都有特定的工作波长。如果为小型微区拉曼光谱仪配备的激光器具有数条激光线，要利用这些激光线激发材料的拉曼谱，原则上需要相应数目的不同工作波长的截止滤光片。目前截止滤光片的价格还比较昂贵，使得截止滤光片的使用成本比较高。如何改变截止滤光片的工作波长来降低截止滤光片的使用成本，是目前推广小型微区拉曼光谱仪待解决的最关键问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种扩展截止滤光片工作波长的结构，并介绍了此结构的使用方法。利用此结构，截止滤光片的工作波长能向短波方向扩展40到70纳米，大大降低了截止滤光片的使用成本。本专利技术一种扩展截止滤光片工作波长的结构，该结构包括底板、截止滤光片、光学晶片组、晶片固定器和它们的转动装置。截止滤光片和光学晶片组固定在晶片固定器上，并安装在转动装置上，通过转动装置调节截止滤光片和光学晶片组的工作角度，使得截止滤光片和光学晶片组按相反方向转动一定的角度，而又不使得信号光沿传播方向穿过这种扩展截止滤光片工作波长的结构后发生任何改变。所述的扩展截止滤光片工作波长的结构，转动装置安放在底板上，截止滤光片和光学晶片组用晶片固定器固定并安装在转动装置上。所述的扩展截止滤光片工作波长的结构，光学晶片组是根据截止滤光片的光学性质所设计的在折射率和厚度上与截止滤光片不一定相同，但要与截止滤光片的光学性质相匹配，利用转动装置把截止滤光片和光学晶片组按相反方向转动一定的角度后，入射激光入射到截止滤光片，经截止滤光片折射后穿过光学晶片组，由截止滤光片折射导致的侧向平移得到光学晶片组折射的补偿，使得出射光线的方向与入射光线一致。所述的扩展截止滤光片工作波长的结构，光学晶片组可以由不同的光学材料组合而成的晶片组，也可以是单一的光学晶片。所述的扩展截止滤光片工作波长的结构，截止滤光片和光学晶片组初始时平行排列，所述转动装置可以使截止滤光片和光学晶片组按相反方向转动一定的工作角度。所述的扩展截止滤光片工作波长的结构，如果对出射光的侧向平移没有要求，该装置将不包括光学晶片组。本专利技术一种扩展截止滤光片工作波长的结构的使用方法，通过转动装置调节截止滤光片和光学晶片组的工作角度，截止滤光片的工作波长能向短波方向移动，从而扩展了截止滤光片的工作波长。所述的扩展截止滤光片工作波长的结构的使用方法，通过转动装置调节截止滤光片的工作角度，来扩展调节截止滤光片的工作波长。本专利技术可应用于激光拉曼光谱及荧光光谱等光谱技术中。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明如后，其中附图说明图1是利用工作波长为514.5nm的截止滤光片所测得的晶体硅的拉曼光谱。图2是我们设计的扩展截止滤光片工作波长的结构简图。图3是光学晶片组的设计要求图。图4是将工作波长为514.5nm的截止滤光片安装在本专利技术结构上，调节其工作角度后，分别用氩离子激光器的497.5nm、488.0nm、476.5nm和457.9nm等激光激发晶体硅所测得的拉曼光谱。具体实施例方式截止滤光片作为小型微区拉曼谱仪最关键的部件之一，为小型微区拉曼谱仪的推广使用起到了决定性作用。没有截止滤光片等光学元件滤除掉信号光中的瑞利散射信号，利用微区拉曼谱仪就不能测得样品的拉曼光谱。例如，图1就给出了利用工作波长为514.5nm的截止滤光片和514.5nm的激光激发晶体硅所测得的拉曼光谱。通常情况下，为了获取更多波长激光激发的拉曼谱，为每一条激光线配备相应工作波长的截止滤光片是必不可少的。目前截止滤光片昂贵的价格又使得科研工作者没有足够经费购买各种工作波长的截止滤光片而严重影响了他们的科研工作。我们设计的扩展截止滤光片工作波长的结构如图2所示。该结构包括底板Base、截止滤光片N、光学晶片组C、晶片固定器CH1和转动装置。晶片固定器CH1用来固定截止滤光片N和光学晶片组C，截止滤光片N和光学晶片组C安装在晶片固定器CH1的通孔之内。下面详细说明光学晶片组的要求。我们假设截止滤光片N的有效折射率n1，厚度为d1，截止滤光片N外面介质的折射率为n0。当信号光穿过截止滤光片N后，由于截止滤光片N内外的折射率不一样，信号光经过截止滤光片N后光线将发生平移，光线偏离小型微区拉曼谱仪的共焦孔，而使得探测器测不到拉曼信号。为了避免这种情况，我们设计了一个光学晶片组C，其厚度d2和有效折射率n2使得信号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C对信号光经过截止滤光片N后因光线折射所产生的平移起到了补偿作用，如图3所示。上面所示的光学晶片组C的补偿功能是在光学晶片组C相对于信号光的偏转方向要与截止滤光片N相对于信号光的偏转方向相反来实现的。为此我们设计了一种简单的旋转装置R，如图2所示。转动装置包括，三个螺杆L1、L2和L3，两个齿轮R2和R3，三个螺杆的支撑架H1、H2和H3，以及两齿轮的支撑架(没有标出)。其中，齿轮L1两端具有相反的螺纹，可以驱动两齿轮R2和R3沿相反方向滚动，两齿轮再带动螺杆L2和L3沿相反方向滑动，螺杆L2和L3分别固定在两晶片固定器CH1上，而两晶片固定器CH1可以在底板上面旋转，这样，螺杆L2和L3沿相反方向滑动将使得两晶片固定器CH1沿相反方向旋转相同的角度。下面我们具体阐述改变截止滤光片工作波长和延长其使用寿命的结构的使用方法。将光学晶片组和工作波长为514.5nm的截止滤光片置于我们设计的扩展截止滤光片工作波长的结构中的两个晶片固定器CH1上，并将此装置置于拉曼谱仪的信号光路上。通过转动主动螺旋杆L1，就能使得两晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩展截止滤光片工作波长的结构，其特征在于，该结构包括底板、截止滤光片、光学晶片组、晶片固定器以及转动装置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭平恒，章昊，甘华东，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]