CN118311785B - 一种多通道激光分光棱镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多通道激光分光棱镜，本发明的多通道激光分光棱镜包括尺寸和折射率相同的两个斜面完全重合且光胶的第一直角棱镜和第二直角棱镜，所述的第一直角棱镜的斜面上镀制有偏振分光光学薄膜，所述的第二直角棱镜斜面上镀制有单层SiO2薄膜。本发明能对垂直入射第一直角棱镜的直角面且波长为445nm、487nm、532nm和632nm的多束激光有效分光，而且各波长激光光谱的半高宽只有5‑15nm，而对其它波段的激光截止，因此能提升应用该多通道激光分光棱镜的器件的透过光强的单一性，降低杂散信号，提升信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及光学仪器的检测仪器，具体涉及一种多通道激光分光棱镜。
背景技术
当光线倾斜入射到光学薄膜时，由于电场和磁场在各个膜层的切向分量要保持连续，使得光线P-偏振光和S-偏振光的有效折射率出现差别，从而导致偏振效应的产生。在入射角达到布儒斯特角时，P-偏振光和S-偏振光能够实现有效的分离。利用这一原理制作的偏振分光棱镜被广泛应用于液晶投影仪、隔离器、光纤激光器。传统的偏振分光棱镜采用的是一对45°的直角棱镜通过镀制偏振分光膜胶合而成。
多光谱激光检测作为当前检测技术发展的一个前沿领域，越来越显现出其巨大的应用潜力，该技术已在医疗、生物领域得到了广泛的应用。精细分光技术是多光谱检测技术的一个重要环节，它直接决定了检测仪器的信息获取量以及光谱分辨率。目前国内外普遍采用的分光方式主要有棱镜分光、光栅分光和滤光片分光等。滤光片分光主要采用45°或者56.5°入射角，其只对单一激光波长的光谱进行P-偏振光和S-偏振光分离，激光波长附近的杂散光无法消除，信号干扰大。依据布儒斯特理论，低折射率直角棱镜设计的P-偏振光和S-偏振光分离光谱较窄，采用高折射率材料的直角棱镜匹配上合适的光学薄膜能有效的分离P-偏振光和S-偏振光，带宽可达几百纳米。
专利CN209280964U公开了一种可见、红外可延展的高消光比偏振棱镜，其基于布儒斯特角条件和光学折射原理，，选取合适的光学高折射率膜料和低折射率膜料进行叠加，计算其光学有效折射率，匹配相应的棱镜基底材料，优化出最佳的直角棱镜入射角度，确保出射的P-偏振光和S-偏振光具有高的消光比，其带宽可达2000nm。然而，对于高精度分光技术来说，其选用的是多个单一性波长的激光，仪器内部的其它光源都会通过分光棱镜产生干扰，杂散信号对激光光信号影响很大，信噪比低。因此，提供一种只能对多个特定波长的激光有效分光，而对该多个特定波长的激光两端的其它光截止的分光棱镜己成为当务之亟。
申请号为202211322522 .4，名称为多通道荧光检测用低角度效应多陷波分色滤光片是一个平面的多通道滤光片，其主要是在0度入射使用，不能实现P-偏振光和S-偏振光的分离，无法做到多波长多通道的分离，而且其膜层数量有171层，使得微小的误差都会导致整个光谱偏离设计值。
波长为445nm、487nm的蓝光能用于治疗干眼症；波长为532nm的绿光能用于眼底视网膜、玻璃体出血治疗；波长为632nm的红光是用于生物医疗检测的主要波长，它可以用于眼底医学影像成像，因此这几种波长的激光在医疗领域中很常用，如果每次使用相关器件都需要更换不同的分光棱镜会非常不便。
发明内容
本发明提供一种多通道激光分光棱镜，本发明能对垂直入射第一直角棱镜的直角面且波长为445nm、487nm、532nm和632nm的多束激光有效分光，而且各波长激光光谱的半高宽只有5-15nm，而对其它波段的激光截止，因此能提升应用该多通道激光分光棱镜的器件的透过光强的单一性，降低杂散信号，提升信噪比。
本发明通过以下技术实现：
本发明的多通道激光分光棱镜包括尺寸和折射率相同的两个斜面完全重合且光胶的第一直角棱镜和第二直角棱镜，所述的第一直角棱镜的斜面上镀制有偏振分光光学薄膜，所述的第二直角棱镜斜面上镀制有单层SiO2薄膜；
所述偏振分光光学薄膜的膜层数为47层，各层在直角棱镜的斜面上从里至外的顺序依次为：0.7744L、0.8741H、1.3721L、1.2417H、0.9912L、1.0723H、0.8951L、0.9583H、0.9253L、0.9854H、1.0982L、1.0737H、1.0718L、1.0441H、1.0158L、0.9663H、1.0205L、0.8606H、1.1542L、1.0891H、1.3966L、0.8928H、0.9095L、金属银层、0.9937L、1.1404H、1.1133L、0.8237H、1.3553L、1.0964H、1.3486L、1.0145H、1.0933L、1.0567H、1.0854L、1.137H、1.011L、1.0731H、0.9064L、1.1124H、0.7527L、0.9929H、0.9192L、1.0348H、1.1589L、0.9454H、0.7108L，所述的金属银层的物理厚度为40.98nm，其中H代表对应1/4波长光学厚度的TiO2 层，L代表对应1/4波长光学厚度的SiO2层，该滤光薄膜的中心波长为580nm；H和L前的数值为各个膜层厚度的系数。
所述单层SiO2薄膜厚度为0.5L，数值L代表对应1/4波长光学厚度的SiO2层，该单层SiO2薄膜的中心波长为580nm，L前的数值为膜层厚度的系数。
使用时，将波长为445nm、487nm、532nm和632nm的多束激光垂直入射分光第一直角棱镜的直角面，光束之后以45°入射到偏振分光光学薄膜，然后各个波长的激光的P-偏振光平行于入射光从第二直角棱镜的直角面出射，S-偏振光垂直于入射光从入射第一直角棱镜的另一个面出射。上述激光波长光谱外的其它波长激光的光谱P-偏振光和S-偏振光不分离，均垂直于入射光方向从第一直角棱镜的另一直角面出射。
所述的偏振分光光学薄膜的Tp>80%@445nm，Tp>85%@487nm&532nm&632nm，且Ts<1%@400-700nm，各激光波长对应的带宽半高宽在5-15nm之间。
具体地，所述偏振分光光学薄膜和单层SiO2薄膜之间采用深化光胶在一起。
具体地，所述第一直角棱镜和第二直角棱镜材料为ZnS。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能对垂直入射第一直角棱镜的直角面且波长为445nm、487nm、532nm和632nm的多束激光有效分光，各波长激光光谱的半高宽只有5-15nm，而对其它波段的激光截止，因此能提升应用该多通道激光分光棱镜的器件的透过光强的单一性，降低杂散信号，提升信噪比。
相比平面多通道激光检测滤光片，本发明能分离几束特定波长激光的P-偏振光和S-偏振光，能实现多波长多通道的分离，而且本发明滤光片膜层只有四十多层，更不容易因为误差造成整个光谱偏离设计值。
进一步采用的深化光胶替代传统的光敏胶，减少激光在胶层产生的热量，提高滤光膜的激光损伤阈值。
附图说明
图1是本发明实施例的多通道激光分光棱镜的结构示意图。
图2是本发明实施例的多通道激光分光膜光谱示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图1-2对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
如图1所示，本实施例的多通道激光分光棱镜，包括尺寸和折射率相同的两个斜面完全重合且光胶的第一直角棱镜1和第二直角棱镜2，所述的第一直角棱镜1的斜面上镀制有偏振分光光学薄膜3，所述的第二直角棱镜2斜面上镀制有单层SiO2薄膜4；
所述的偏振分光光学薄膜3的Tp>80%@445nm，Tp>85%@487nm&532nm&632nm，且Ts<1%@400-700nm，各激光波长对应的带宽半高宽在5-15nm之间。
本实施例所述偏振分光光学薄膜3的膜层数为47层，各层在直角棱镜的斜面上从里至外的顺序依次为：0.7744L、0.8741H、1.3721L、1.2417H、0.9912L、1.0723H、0.8951L、0.9583H、0.9253L、0.9854H、1.0982L、1.0737H、1.0718L、1.0441H、1.0158L、0.9663H、1.0205L、0.8606H、1.1542L、1.0891H、1.3966L、0.8928H、0.9095L、金属银层、0.9937L、1.1404H、1.1133L、0.8237H、1.3553L、1.0964H、1.3486L、1.0145H、1.0933L、1.0567H、1.0854L、1.137H、1.011L、1.0731H、0.9064L、1.1124H、0.7527L、0.9929H、0.9192L、1.0348H、1.1589L、0.9454H、0.7108L，所述的金属银层的物理厚度为40.98nm，其中H代表对应1/4波长光学厚度的TiO2 层，L代表对应1/4波长光学厚度的SiO2层，该滤光薄膜的中心波长为580nm；H和L前的数值为各个膜层厚度的系数。
本实施例所述单层SiO2薄膜4厚度为0.5L，数值L代表对应1/4波长光学厚度的SiO2层，该单层SiO2薄膜4的中心波长为580nm，L前的数值为膜层厚度的系数。
本实施例所述偏振分光光学薄膜3和单层SiO2薄膜4之间采用深化光胶在一起。
本实施例所述第一直角棱镜1和第二直角棱镜2材料为ZnS。
本实施例得到的多色激光P-偏振光和S-偏振光角度透过图谱如图2所示，在可见光400-700nm范围内，S-偏振光整体的透过率低于1%，445nm波长P-偏振光透过高于80%，半高宽为5nm，487nm波长P-偏振光透过达到85%，半高宽为9nm、532nm波长P-偏振光透过高于85%，半高宽为10nm、632nm波长P-偏振光透过达到86%，半高宽为15nm。四个波段的激光光谱陡度高，两端的截止深度大，有效减少杂散光，提升分光棱镜信噪比。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种多通道激光分光棱镜，其特征在于：包括外形尺寸和折射率相同的第一直角棱镜（1）和第二直角棱镜（2），所述的第一直角棱镜（1）的斜面上镀制有偏振分光光学薄膜（3），所述的第二直角棱镜（2）斜面上镀制有单层SiO2薄膜（4）；两个棱镜均为等腰直角棱镜，且两个棱镜的斜面镀膜后通过光胶重合胶合在一起；
所述偏振分光光学薄膜（3）的膜层数为47层，各层在第一直角棱镜（1）的斜面上从里至外的顺序依次为：0.7744L、0.8741H、1.3721L、1.2417H、0.9912L、1.0723H、0.8951L、0.9583H、0.9253L、0.9854H、1.0982L、1.0737H、1.0718L、1.0441H、1.0158L、0.9663H、1.0205L、0.8606H、1.1542L、1.0891H、1.3966L、0.8928H、0.9095L、金属银层、0.9937L、1.1404H、1.1133L、0.8237H、1.3553L、1.0964H、1.3486L、1.0145H、1.0933L、1.0567H、1.0854L、1.137H、1.011L、1.0731H、0.9064L、1.1124H、0.7527L、0.9929H、0.9192L、1.0348H、1.1589L、0.9454H、0.7108L，所述的金属银层的物理厚度为40.98nm，其中H代表对应1/4波长光学厚度的TiO2 层，L代表对应1/4波长光学厚度的SiO2层，所述偏振分光光学薄膜（3）的中心波长为580nm；H和L前的数值为各个膜层厚度的系数；
所述单层SiO2薄膜（4）厚度为0.5L，数值L代表对应1/4波长光学厚度的SiO2层，所述单层SiO2薄膜（4）的中心波长为580nm，L前的数值为膜层厚度的系数。
2.根据权利要求1所述的一种多通道激光分光棱镜，其特征在于：所述偏振分光光学薄膜（3）和单层SiO2薄膜（4）之间采用深化光胶在一起。
3.根据权利要求1所述的一种多通道激光分光棱镜，其特征在于：所述第一直角棱镜（1）和第二直角棱镜（2）材料为ZnS。
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