基于循環(huán)嵌套模型的多通帶濾光片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬光學(xué)濾光片領(lǐng)域，具體是指針對多色熒光檢測的基于循環(huán)嵌套模型的多通帶濾光片，包括基片上鍍制的基礎(chǔ)膜系，其基本結(jié)構(gòu)為：[(aHbL)^m αH(bLaH)^m βL]^n(aHbL)^m αH(bLaH)^m或[(aHbLaH)^m αL(aHbLaH)^m βL]^n(aHbLaH)^m αL(aHbLaH)^m；其中：H為高折射率材料；L為低折射率材料；α為間隔層系數(shù)，β為匹配層系數(shù)，共同決定通帶的個數(shù)以及其相對位置；a、b為折射率匹配系數(shù)，m為反射膜堆的循環(huán)次數(shù)，a、b、m的匹配共決通帶的半寬調(diào)整；n為膜系的總體循環(huán)個數(shù)，決定膜系的截止深度。本發(fā)明具有通帶個數(shù)任意可調(diào)，各個通帶集中存在于可見區(qū)域內(nèi)，通帶位置及通帶半寬在截止內(nèi)連續(xù)可調(diào)等特點。
【專利說明】基于循環(huán)嵌套模型的多通帶濾光片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬光學(xué)濾光片領(lǐng)域，具體是指針對多色熒光檢測的基于循環(huán)嵌套模型的多通帶濾光片。

【背景技術(shù)】
[0002]由于多帶通濾光片可以對多色染料進行同時檢測，不僅可以提高檢測效率，而且避免了切換濾色模塊時候引起的配準誤差，保證觀測圖像，清晰、銳利。在高端熒光檢測設(shè)備中有著十分重要的意義。
[0003]根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)用，熒光用多通帶濾光片需要滿足以下幾個特點:各通帶獨立性強；半波帶寬差異?。桓魍◣鄬ξ恢煤桶雽挻笮∵B續(xù)可調(diào)；截止區(qū)截止背景深。
[0004]目前，現(xiàn)有的多通帶濾光片的設(shè)計方法有三種。
[0005]1、一維晶體缺陷層模型，參見【王濟洲，蘭州物理研究所，一維光子晶體缺陷模的濾波特性及應(yīng)用研究】，其基本形式如下。
[0006](HL) I α H (LH) ~m 或(HLH) ~m a L (HLH) ~m
[0007]基于基本形式的多級串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0008](HL) ~maH (LH) ~mL (HL) ~m a H (LH) ~mL (HL) ~m a H (LH) ~m
[0009]其中H為高折射率材料，L為低折射率材料，m為反射膜堆的循環(huán)次數(shù)，a為峰位因子，調(diào)節(jié)其大小，可以任意通帶的位置和數(shù)目。但由于通帶的位置和數(shù)目只有這一個相關(guān)系數(shù)，所以一旦峰位因子大小確認，通帶數(shù)目和各通帶的位置就確定了，各通帶相互影響，獨立性差。參見圖1所示。
[0010]2、雙對稱結(jié)構(gòu)，參見【吳永剛，同濟大學(xué)，相對位置可調(diào)諧的二維通帶通道濾光片，專利號:CN1932558A】，其基本形式如下:
[0011 ] (HL) ~2cH (LH) '2L (HL) ~2cH (LH) ~2dL (HL) ~2cH (LH) '2L (HL) ~2cH (LH) ~2
[0012]其中H為高折射率材料，L為低折射率材料，C、d、為峰位因子，調(diào)節(jié)峰位因子的大小，可以相應(yīng)地改變其相應(yīng)通帶的位置。由于其不同的峰位因子所對應(yīng)的反射膜堆的厚度有巨大差異，不同級次的峰位因子對應(yīng)的通帶的半波帶寬差異較大，不能完全有針對性的通帶設(shè)計，極大地限制了其應(yīng)用范圍。參見圖2所示。
[0013]3、分型結(jié)構(gòu)模型【上海技術(shù)物理研究所，王少偉，基于分形結(jié)構(gòu)的多通道位置獨立可調(diào)濾光片，專利號:CN1811494A】，其主要形式如下。
[0014]雙通帶。
[0015](HL) ~maH (LH) ^ni β L (HL) ~m a H (LH) ~m
[0016]或(HLH)~ma L (HLH) β L (HLH) ~ma L (HLH) ~m ；
[0017]三通帶。
[0018](HL) ~maH (LH) ~m^L (HL) ~m a H (LH) ~m y L (HL) ~m
[0019]a H (LH) ~m (HL) ~m a H (LH) ~m ；
[0020]或。[0021 ] (HLH) ~ma L (HLH) ^ni β L (HLH) ~m a L (HLH) ~m y L (HLH) ~m
[0022]a L (HLH) ~m^L (HLH) ~m a L (HLH) ~m
[0023]其中H為高折射率材料，L為低折射率材料，m為反射膜堆的循環(huán)次數(shù)，a、β、Y為峰位因子，調(diào)節(jié)各個峰位因子的大小，可以相應(yīng)地改變其相應(yīng)通帶的位置。與方法二的相同的原因，其不同的峰位因子所對應(yīng)的反射膜堆的厚度有巨大差異，不同級次的峰位因子對應(yīng)的通帶的半波帶寬差異較大，隨著通帶個數(shù)的增加，半寬的衰減越明顯，參見圖3所
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種通帶個數(shù)任意可調(diào)，各個通帶集中存在于可見區(qū)域內(nèi)，通帶位置及通帶半寬在截止內(nèi)連續(xù)可調(diào)的基于循環(huán)嵌套模型的多通帶濾光片。
[0025]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。
[0026]基于循環(huán)嵌套模型的多通帶濾光片，其包括基片上鍍制的基礎(chǔ)膜系，其基本結(jié)構(gòu)為。
[0027][ (aHbL) ~maH (bLaH) ~m β L] ~n (aHbL) ~maH (bLaH) ~m 或
[0028][ (aHbLaH) ~ma L (aHbLaH) ~m β L] ~n (aHbLaH) ~ma L (aHbLaH) ~m ；
[0029]其中:H為高折射率材料；L為低折射率材料；α為間隔層系數(shù)，β為匹配層系數(shù)，共同決定通帶的個數(shù)以及其相對位置；a、b為折射率匹配系數(shù)，m為反射膜堆的循環(huán)次數(shù)，a、b、m的匹配共決通帶的半寬調(diào)整；n為膜系的總體循環(huán)個數(shù)，決定膜系的截止深度。
[0030]作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述H與L的厚度均為光學(xué)厚度為λ/4的膜層。
[0031]進一步地，本發(fā)明所述H與L采用Ti02/Si02、Ta205/Si02或Nb205/Si02光學(xué)薄膜材料。
[0032]本發(fā)明基于Fabry-Perot設(shè)計模型，可以根據(jù)熒光檢測需要不同試劑進行有針對性的膜系設(shè)計。本發(fā)明具備通帶個數(shù)，通帶位置，通帶半寬連續(xù)可調(diào)的優(yōu)點，可很好地滿足現(xiàn)有檢測設(shè)備的需要。
[0033]本發(fā)明具有如下特點。
[0034]1、通帶個數(shù)任意可調(diào)(根據(jù)熒光檢測需要一般為2?4個)。
[0035]2、各個通帶集中存在于可見區(qū)域內(nèi)。
[0036]3、通帶位置連續(xù)可調(diào)。
[0037]4、通帶半寬在截止內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
[0038]5、各通帶間截止深度> 0D6。(10D = -LogT)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的保護范圍不僅局限于下列內(nèi)容的表述。
[0040]圖1為現(xiàn)有一維晶體缺陷層模型圖。
[0041 ] 圖2為現(xiàn)有雙對稱結(jié)構(gòu)圖。
[0042]圖3為現(xiàn)有分型結(jié)構(gòu)模型圖。
[0043]圖4為本發(fā)明循環(huán)嵌套模型圖。
[0044]圖5為本發(fā)明三腔膜系設(shè)計透射率曲線圖。
[0045]圖6為本發(fā)明三腔膜系設(shè)計背景曲線圖。

【具體實施方式】
[0046]如圖所示，基于循環(huán)嵌套模型的多通帶濾光片，其包括基片上鍍制的基礎(chǔ)膜系，其基本結(jié)構(gòu)為。
[0047][ (aHbL) ~maH (bLaH) ~m β L] ~n (aHbL) ~maH (bLaH) ~m 或
[0048][ (aHbLaH) ~ma L (aHbLaH) ~m β L] ~n (aHbLaH) ~ma L (aHbLaH) ~m ；
[0049]其中:H為高折射率材料；L為低折射率材料；α為間隔層系數(shù)，β為匹配層系數(shù)，共同決定通帶的個數(shù)以及其相對位置；a、b為折射率匹配系數(shù)，m為反射膜堆的循環(huán)次數(shù)，a、b、m的匹配共決通帶的半寬調(diào)整；n為膜系的總體循環(huán)個數(shù)，決定膜系的截止深度。
[0050]本發(fā)明所述H與L的厚度均為光學(xué)厚度為λ 0/4的膜層。本發(fā)明所述H與L采用Ti02/Si02、Ta205/Si02 或 Nb205/Si02 光學(xué)薄膜材料。
[0051]參見圖4所示，本發(fā)明系對傳統(tǒng)的Fabry-Perot模型給出新的理解方式，即循環(huán)嵌套模型。將一個多腔F-B膜系的匹配層看做是以單個F-B腔為反射膜堆的“間隔層”。這樣，盡管圖中所示的匹配層兩側(cè)的反射膜堆不對稱，但任意一個匹配層兩側(cè)膜層的位相厚度是一致的，這就使得其干涉透射峰會集中在同一個位置，且彼此加強。
[0052]根據(jù)上述的嵌套模型，以初始膜系為出發(fā)點，通過對膜系中相關(guān)系數(shù)的計算匹配，可以很容易的實現(xiàn)了多通帶間波長位置和通帶半寬的連續(xù)可調(diào)?；灸は涤幸韵聝煞N形式。
[0053][ (aHbL) ~maH (bLaH) ~m β L] ~n (aHbL) ~maH (bLaH) ~m 或
[0054][ (aHbLaH) ~m a L (aHbLaH) ~m^L] ~n(aHbLaH) ~m a L (aHbLaH) ~m 其中符號含義如下。
[0055]1、H為高折射率材料，L為低折射率材料，其厚度均為光學(xué)厚度為λ 0/4的膜層。
[0056]2、α為間隔層系數(shù)，β為匹配層系數(shù)，共同決定通帶的個數(shù)以及其相對位置。
[0057]3、a、b為折射率匹配系數(shù)，m為反射膜堆的循環(huán)次數(shù)，a、b、m的匹配共決通帶的半寬調(diào)整。
[0058]4、η為膜系的總體循環(huán)個數(shù)，決定膜系的截止深度。
[0059]本發(fā)明將一個多腔帶通膜系的間隔層和匹配層分別看成不同多腔膜系的間隔層，利用改變間隔層厚度可以出現(xiàn)多級透射峰的原理，合理匹配α、β的關(guān)系，確定各通帶的相對位置。由于其反射膜堆厚度差異只存在于內(nèi)外層的F-B結(jié)構(gòu)之間，通帶半寬也差異不大，且可以根據(jù)需要調(diào)整各獨立F-B腔的反射膜堆結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)半寬的粗調(diào)。此外，該循環(huán)膜系存在兩個峰位因子，也保證了至少兩個透射峰的位置獨立，只要通過合理匹配，即可得到滿意設(shè)計結(jié)果。
[0060]本發(fā)明將循環(huán)嵌套模型和等效折射率的結(jié)合，實現(xiàn)不同通帶半波帶寬的連續(xù)調(diào)整。在帶通膜系中引入了 a、b系數(shù)，通過合理匹配高低折射率的系數(shù)，不僅在粗調(diào)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)半寬的連續(xù)調(diào)整，而且可以調(diào)整每個F-B腔截止帶的寬度，使得多通帶間的距離調(diào)節(jié)更加完善。
[0061]本發(fā)明循環(huán)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了內(nèi)、外層F-B腔反射膜堆的共用，使得通帶外的截止深度疊加共用，可用較少的層數(shù)實現(xiàn)復(fù)雜膜系功能。例如:三腔膜系，領(lǐng)域背景0D6，75層左右實現(xiàn)。如圖5、圖6。
[0062]以熒光檢測常用的三通帶濾光片為例:
[0063]光譜要求:BP1:446-468-22nm ；
[0064]BP2:520-540-20nm ；
[0065]BP3:614-642-28nm ；
[0066]透射帶透射率:T>90% ;
[0067]領(lǐng)域截止背景:>0D6。
[0068]1、根據(jù)三個通帶不同的位置、半寬和截止背景深度初步確定初始膜系，即m = 2 ;n=7 ； α = 3 ； β = 2。
[0069]2、精確調(diào)整內(nèi)層間隔層系數(shù)α，確認當α = 3.04時一、三通帶位置基本滿足要求，且兩通帶的截止距離與要求偏差不大，故可以取a = Ub = 10
[0070]3、精確調(diào)整外層膜系的間隔層系數(shù)β，確認當β = 2.0475時中間透射帶的位置能夠滿足要求。
[0071]4、最終確認膜系為:(HLHL3.04HLHLH2.0475L) ~7 HLHL3.04HLHLH。
[0072]5、通過優(yōu)化，可以得到較為平整的通帶形狀。如圖5、圖6。
[0073]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于循環(huán)嵌套模型的多通帶濾光片，其特征在于，包括基片上鍍制的基礎(chǔ)膜系，其基本結(jié)構(gòu)為:
[(aHbL) I α H (bLaH) ~m β L] ~n (aHbL) ~m a H (bLaH) ~m 或
[(aHbLaH) ~m a L (aHbLaH) ~m β L] ~n (aHbLaH) ~m a L (aHbLaH) ~m ； 其中為高折射率材料山為低折射率材料；α為間隔層系數(shù)，β為匹配層系數(shù)，共同決定通帶的個數(shù)以及其相對位置；a、b為折射率匹配系數(shù)，m為反射膜堆的循環(huán)次數(shù)，a、b、m的匹配共決通帶的半寬調(diào)整；n為膜系的總體循環(huán)個數(shù)，決定膜系的截止深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于循環(huán)嵌套模型的多通帶濾光片，其特征在于:所述H與L的厚度均為光學(xué)厚度為λ^/4的膜層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于循環(huán)嵌套模型的多通帶濾光片，其特征在于:所述H與L采用 Ti02/Si02、Ta205/Si02 或 Nb205/Si02 光學(xué)薄膜材料。
【文檔編號】G02B1/10GK104297834SQ201410623507
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】任少鵬, 趙帥鋒, 吳增輝, 胡雯雯, 王忠連, 張玲玲, 張艷姝 申請人:沈陽儀表科學(xué)研究院有限公司