用于拉曼光谱系统的滤波器结构.pdf

一种拉曼光谱系统，其具有滤波器结构，该滤波器结构包括两个串联的滤波器(16，26A)，用于从所关注的散射光抑制照明波数的光。滤波器倾斜布置并且对于第一和第二不同偏振状态的光具有不同的特性。为此，滤波器布置成使得其对于相应的偏振状态的相应效果至少部分彼此抵消。可例如将倾斜轴线(32，34)相互垂直布置来实现这点。

1.  一种光谱系统，其包括：
光源，其用于照明样品并且导致以从光源的波数移位的波数散射；
光路，其用于收集散射光并将散射光传递到检测器；以及
在所述光路中串联布置的一对滤波器，所述滤波器被布置成抑制照明波数的光并接受移位波数的光，所述滤波器对于第一和第二不同偏振状态的光具有不同的特性，
其特征在于，所述滤波器被布置成使得其对相应的偏振状态的相应效果至少部分相互抵消。

2.  根据权利要求1所述的光谱系统，其特征在于，两个滤波器相对于所述光路围绕相应的轴线倾斜，所述轴线基本上相互垂直。

3.  根据权利要求1所述的光谱系统，其特征在于，所述滤波器被布置成在两个滤波器之间布置有半波片。

4.  根据权利要求3所述的光谱系统，其特征在于，所述滤波器是所述半波片上的涂层。

5.  根据权利要求1所述的光谱系统，其特征在于，所述滤波器是薄膜多层介质滤波器。

6.  根据权利要求5所述的光谱系统，其特征在于，所述滤波器是硬质氧化物滤波器。

7.  根据权利要求1所述的光谱系统，其特征在于，所述滤波器是全息滤波器。

8.  根据权利要求1所述的光谱系统，其特征在于，所述光谱系统是拉曼光谱系统。

9.  一种滤波器结构，其包括：
在光路中串联布置的一对滤波器，所述一对滤波器被布置成抑制第一波数的光并接受第二波数的光，所述滤波器对于第一和第二偏振状态的光具有不同的特性，
其特征在于，所述滤波器被布置成使得其对相应的偏振状态的相应效果至少部分相互抵消。

10.  根据权利要求9所述的滤波器结构，其特征在于，两个滤波器相对于所述光路围绕相应的轴线倾斜，所述轴线基本上相互垂直。

11.  根据权利要求9所述的滤波器结构，其特征在于，所述滤波器被布置成在两个滤波器之间布置有半波片。

12.  根据权利要求11所述的滤波器结构，其特征在于，所述滤波器是所述半波片上的涂层。

13.  根据权利要求9所述的滤波器结构，其特征在于，所述滤波器是薄膜多层介质滤波器。

14.  根据权利要求13所述的滤波器结构，其特征在于，所述滤波器是硬质氧化物滤波器。

15.  根据权利要求9所述的滤波器结构，其特征在于，所述滤波器是全息滤波器。

用于拉曼光谱系统的滤波器结构
技术领域
本发明涉及光谱系统，例如，拉曼(Raman)光谱系统。
背景技术
在美国专利No.5442438中描述了已知的拉曼光谱系统，该文献通过一样并入本文。图1示出了这种系统的可商业获得的实施方式。
在图1中，来自激光源10的光13通过反射镜12，14和通过陷波或者边缘滤波器16反射，该滤波器16用作二向色分光镜。其将光沿着光路15导到显微镜18，其中，通过反射镜20偏转光穿过物镜22并聚焦在样品24上。在该样品上发生拉曼散射，从入射激光谱线以不同的波数产生拉曼位移光。拉曼位移光通过物镜22聚集并且通过反射镜20沿着光路15返回到滤波器16。
尽管滤波器16反射激光波长的光，其发送拉曼位移波数。与此同时，其抑制更多的强激光谱线。在第二个相同的滤波器26处进一步抑制激光谱线。拉曼位移光然后穿过拉曼分析仪28，如美国专利No.5442438中描述的，该拉曼分析仪28可包括衍射光栅，或者接收所关注的特定拉曼谱线的滤波器。产生的光然后到达检测器30。该检测器可例如包括电荷耦合器件(CCD)，跨过该电荷耦合器件拉曼光谱通过衍射光栅被分散。或者一滤波器可以根据所选择的拉曼波数将样品的二维图像传递到CCD。
陷波或者边缘滤波器16，26可以是全息滤波器，如美国专利No.5442438中描述的一样。或者这些滤波器可以是薄膜多层介质滤波器，例如美国纽约Rochester的Semrock公司提供的商标为RazorEdge的硬质氧化物滤波器。美国专利No.7068430中描述了这些滤波器，该美国专利通过引用并入本文。
需要将滤波器16与光路成一定角度放置，以便从光源10朝着样品24注射光。但是，为了以接近激光谱线的波数在激光谱线的抑制和拉曼散射光的接收之间提供锐截止，美国专利No.5442438描述了该角度应该是小的入射角，例如10°。第二滤波器26以相同的低入射角类似布置以便提供匹配的性能。实际上，采用7.5°到13°之间的角度，但是也可以采用其他角度。
但是，即使以这种低角度入射，偏振效应减小了截止的锐性。入射角越大，问题越大。具体而言，p偏振光的截止与s偏振光的截止不同，其不同量取决于入射角。滤光器的传输特性显示截止边缘中的台阶或者台架，对于随机偏振光大约50％传输。这导致在由器件测量的所产生的光谱中的偏振假象。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种光谱系统，其包括：
光源，其用于照明样品并且导致以从光源的波数移位的波数散射；
光路，其用于收集散射光并将散射光传递到检测器；以及
在所述光路中串联布置的一对滤波器，所述滤波器被布置成抑制照明波数的光并接受移位波数的光，所述滤波器对于第一和第二不同偏振状态的光具有不同的特性，
其特征在于，所述滤波器被布置成使得其对相应的偏振状态的相应效果至少部分相互抵消。
根据本发明的第二方面，提供一种滤波器结构，其包括：
在光路中串联布置的一对滤波器，所述一对滤波器被布置成抑制第一波数的光并接受第二波数的光，所述滤波器对于第一和第二偏振状态的光具有不同的特性，
其特征在于，所述滤波器被布置成使得其对相应的偏振状态的相应效果至少部分相互抵消。
优选的是，两个滤波器相对于光路围绕相应的轴线倾斜，所述轴线基本上垂直。
附图说明
以下将借助实例参照附图解释本发明的实施方式，其中：
图1示出了现有技术的光谱系统的示意图；
图2示出了在这种系统中的一对滤波器的新颖布置；
图3和4示出了各个滤波器相对于波数的传输特性；
图5示出了两个滤波器的组合传输(transmission)特性；以及
图6和7示出了用于例如图1所示的系统中的另一滤波器的新颖布置。
具体实施方式
本发明的实施方式在很多方面与图1描述的相同。图2示出了在本发明的第一实施方式中，对图1改进的一个方面。
第一陷波或者边缘滤波器16与图1的类型相同。其以相同的方式布置，相对于光路15围绕轴线32以合适的低的入射角例如10°倾斜。如上所述，可以采用其他角度，例如7.5°到13°之间，或者甚至45°。如图2所示，轴线32基本上是水平的。
但是，第二滤波器26以不同方式布置，如图2所示为26A。其布置围绕平行于轴线32的轴线倾斜，而是围绕基本上垂直于轴线32的轴线34倾斜。因此，轴线34基本上是竖直的。但是，第二滤波器26优选以与第一滤波器相同的入射角倾斜，例如10°。这确保了其性能与滤波器16的性能匹配，下面将进行描述。
当然，也可以以其他方式布置滤波器，使得第一滤波器围绕竖直轴线倾斜，而第二滤波器围绕水平轴线倾斜。也可以采用任何其他基本上垂直的布置。在入射激光13将要通过滤波器16射入光路15的情况下，当然需要以适当的角度传送到滤波器16。
图3示出了第一滤波器16的传输特性(传输性与波数)。其还显示了激光谱线L。在下面的描述中，s和p偏振方向都是相对于光的入射角限定的，如图3所示用于第一滤波器16。
如图3所示，p偏振光的传输特性P在激光谱线L附近显示了锐边缘。s偏振光的传输特性S具有类似的锐边缘，但是离激光谱线更远。因此，混合偏振光的传输特性M显示了平台或者台阶，大约50％传输，因为在该区域滤波器传输p偏振光但是不传输s偏振光。
在现有技术的图1的布置中，滤光器16和26都具有类似与图3的特性。因此，如上所述，偏振假象引入到激光谱线L附近所形成的光谱中。但是，由于图2的滤波器26A围绕与滤波器16的轴线垂直的轴线倾斜，保留了相对于s偏振和p偏振光的特性。如图4所示，s偏振光的锐截止边缘S比p偏振光的截止边缘P更靠近激光谱线。
因此，当散射光沿着光路15运行时相继穿过滤波器16和26A时，图5示出了组合的传输特性。s偏振光和p偏振光的整体传输特性S和P曲线更加靠近。混合偏振光的合成特性M因此不具有图3和4所示的台架或台阶。在所形成的光谱中减少或者消除了偏振假象。
在一种有利的布置中，第一滤波器16的倾斜轴线(32或者34)被选择成使得离激光谱线L更远的抑制曲线与输入激光偏振匹配。例如，当激光是s偏振时，采用具有图3的特性的滤波器。或者，如果激光是p偏振，则第一滤波器的轴线布置成使得具有图4的特性曲线。通过调节入射角，滤波器16可以被设置成使得其锐抑制边缘更靠近激光谱线。组合滤波器提供了良好的激光抑制性能，同时，与第一滤波器布置成相对于输入激光偏振具有其他倾斜轴线相比，这种布置接受更靠近激光谱线的拉曼散射光。
本发明不限于使用如图2所示的围绕垂直轴线倾斜的滤波器。可以设想其他布置来确保不同偏振状态的两个滤波器的效果部分或者整体相互抵消。
例如，图6示出了这种布置。这里，具有两个滤波器16，26，它们是上述任何类型的滤波器，它们倾斜提供上述描述的入射角。滤波器的倾斜轴线彼此平行，如图1所示的一样。但是，半波片36设置在两个滤波器之间。这就使得光路15中的散射光从一个滤波器通向另一个滤波器时其偏振旋转90°。该效果类似于使用图2的垂直倾斜轴线。
可选择的是，如图7所示，可以采用复合光学元件38。其包括半波片40，夹设在两个滤波器42之间。滤波器42可以是上述描述的任何类型的滤波器，并且可以在半波片40的相对的表面上接合。但是，有利的是，滤波器42是薄膜多层介质类型，例如，Semrock公司提供的硬质氧化物。它们可以形成为直接在半波片40的相对的表面上的涂层。
如果希望将光返回到其原来的偏振状态，可以在光路15中在滤波器之前或者之后设置第二半波片，半波片的布置如图6和7所示。
所描述的实施方式可以结合相对于图1描述的各种替代方案。在一种替代方案中，取代显微镜18，可以采用已知类型的纤维光学探头来分析远侧样品。通过这种纤维光学探头，入射激光可能不会通过滤波器16入射，但是可通过第一光纤直接到达探头。拉曼散射光然后通过第二光纤回到滤波器16。
此外，该系统不限于拉曼光谱。可以用于其他任何类型的光谱分析，例如，荧光、窄谱线光致发光和阴极射线发光。