Optisten lasisuodattimien valinta: Käytännön opas

Suodattimen sovittaminen mittaustavoitteeseen

Luotettavan kontrastin ja spektrin puhtauden saavuttaminen kaikissa optisissa asetuksissa riippuu yhdestä komponentista: optinen lasisuodatin . Suorin ja tehokkain valintatapa on lukita neljä erityistä parametria ennen tuotteen arviointia. Tunnista tavoiteaallonpituuskaista, määritä optinen vähimmäistiheys, joka vaaditaan kaistan ulkopuoliseen hylkäykseen, vahvista tulokulma ja määritä ympäristön toiminta-alue. Kun nämä neljä tekijää kvantifioidaan, suodattimen valinnasta tulee tarkka suunnittelupäätös eikä arvaus, ja signaalivuodon tai lämpöhäiriön riski putoaa lähes nollaan.

Tämä menetelmä soveltuu yleisesti, olitpa sitten rakentamassa fluoresenssikuutiota, Raman-anturia tai konenäkötarkastusasemaa. Seuraavissa osissa selitetään, kuinka jokainen parametri johdetaan todellisista järjestelmävaatimuksista ja kuinka vältetään yleisimmät integrointivirheet.

Tarkan spektriikkunan määrittäminen

Suodattimen valinta alkaa selkeällä määrittelyllä aallonpituusalueelle, joka sinun on lähetettävä, ja alue, joka on estettävä. Kaistanpäästösuodatin, joka on keskitetty laserviivalle, jonka koko leveys on enintään puolet 3 nm - 10 nm tyypillisesti tarjoaa parhaan tasapainon signaalin suorituskyvyn ja taustan vaimennuksen välillä. FITC-fluoresenssin kaltaisessa sovelluksessa emissiosuodatin määritellään usein nimellä a 525/30 nm kaistanpäästö, mikä tarkoittaa, että se läpäisee 510 nm - 540 nm yli 90 % lähetyksellä.

Jos kaistanleveys on liian leveä, haja taustavalo heikentää signaali-kohinasuhdetta. Kuvaustestien tiedot osoittavat, että suodattimen laajentaminen alkaen 10 nm - 40 nm voi lisätä taustasignaalia kertoimella viisi tai enemmän laajakaistavalaistuksessa. Toisaalta liian kapea kaistanleveys voi katkaista halutun signaalin, jos valonlähde tai fluoroforisäteily muuttuu lämpötilan mukaan.

Longpass- ja Shortpass-suodattimien reunan jyrkkyys

Reunasuodattimissa keskeinen mittari on siirtymäleveys, mitattuna 10–80 prosentin lähetyspisteistä. Jyrkkä reuna alle 5 nm on välttämätön Raman-spektroskopialle, jossa Stokes-siirtymä voi olla niinkin pieni kuin 200 cm⁻¹. Spektrofotometrin järjestyslajittelussa hieman leveämpi siirtymä 15 nm - 25 nm voidaan sietää kustannusten vähentämiseksi.

Oikean optisen tiheyden asettaminen taustallesi

Optinen tiheys määrittää, kuinka voimakkaasti suodatin estää ei-toivotun valon. Yhden yksikön lisäys OD:ssa tarkoittaa kymmenkertaista parannusta vaimentumisessa. Tarvitsemasi OD-arvo määräytyy estämäsi lähteen kirkkauden mukaan suhteessa signaaliin, jota yrität mitata.

Oikean OD:n määrittäminen riippuu myös ilmaisimen dynaamisesta alueesta. Ilmaisin, joka voi ratkaista a 1 nW signaali a:n läsnä ollessa 10 mW herätysäde vaatii vähintään OD 7 täydellinen esto viritysspektrin poikki, mukaan lukien mahdolliset pinnoitteen vuodot pääsulkuvyöhykkeen ulkopuolella.

Kulman ja lämpötilan muutoksen huomioon ottaminen

Suodattimen spektrikäyrä mitataan normaalilla tulolla, mutta käytännön järjestelmät pitävät säteen harvoin täysin kohtisuorassa. Kun tulokulma kasvaa, lähetyskaista siirtyy lyhyemmille aallonpituuksille. Häiriösuodattimelle, jonka ympärillä on tehokas taitekerroin 1.7 , kallistus 15 astetta voi siirtää 550 nm pitkäpäästöreunan noin 545 nm . Tämä siirtymä voi työntää reunan suoraan signaalikaistaan ​​aiheuttaen odottamattoman menetyksen.

Myös lämpötilalla on oma roolinsa. Kovapinnoitettujen lasisuodattimien lämpösiirtymäkerroin on suunnilleen 0,01 nm per Celsius-aste . Ulkokotelossa, jonka lämpötila vaihtelee välillä -20 °C - 60 °C, kokonaismuutos 0,8 nm on mahdollista. Vaikka tämä muutos on pieni, se tulee merkittäväksi erittäin kapealle kaistanpäästösuodattimille, joita käytetään tiheässä aallonpituusjakoisessa multipleksoinnissa. Suunnittele suodattimen kaistanleveys aina siten, että se sopii yhteen pahimman tapauksen kulman ja lämpötilan poikkeaman kanssa.

Lasialustan ja pinnan laadun valinta

Substraattimateriaali määrää lähetysalueen, automaattisen fluoresenssin ja mekaanisen lujuuden. Sulatettu piidioksidi lähettää 185 nm yli 2,5 µm ja se ei synnytä juuri lainkaan automaattista fluoresenssia, joten se on vakiovalinta UV-fluoresenssiin ja Raman-työhön. Borosilikaattilasi tarjoaa hyvän näkyvän suorituskyvyn ja alhaisemmat kustannukset, mutta se alkaa imeytyä alhaalta 350 nm . Sovelluksiin, jotka ovat erittäin herkkiä hajavalolle, substraatit, joiden automaattisen fluoresenssitaso on alle 0,01 % signaalista ovat saatavilla.

Pinnan laatu, joka määritellään scratch-dig, määrittää sironta- ja laservauriokynnyksen. A 60-40 viimeistely on riittävä yleiskuvaukseen. Yllä toimivat lasersovellukset 1 J/cm² 10 ns pulssit tyypillisesti vaativat 20-10 tai paremmin estämään pinnoitevaurioita aiheuttamasta katastrofaalisia vahinkoja.

Asennus- ja validointitekniikat

Jopa täydellisesti määritelty suodatin ei toimi, jos se asennetaan mekaanisen rasituksen alaisena tai kohdistetaan väärin. Noudata näitä ohjeita säilyttääksesi optisen suorituskyvyn:

1. Suuntaa päällystetty puoli aina valonlähdettä kohti vähentääksesi useita sisäisiä heijastuksia, jotka luovat haamukuvia.
2. Kiinnitä suodatin venymättömään rengaskiinnitykseen yhteensopivilla pehmusteilla välttäen pistekuormitusta, joka vääristää lasikuviota.
3. Jos kallistus on tarpeen ohjata heijastuksia pois laserontelosta, mittaa järjestelmän sisäinen lähetys spektrometrillä varmistaaksesi, että siirretty päästökaista peittää edelleen signaalin.
4. Vahvista estetty alue suoraan. Käytä kirkasta laajakaistalähdettä ja spektrometriä, jonka dynaaminen alue ylittää suodattimen OD:n. Eli mitattu OD 0.5 ilmoitettua alhaisempi viittaa usein kevyeen vuotoon reunan ympärillä tai pinnoitteen reikään.

Viimeinen järjestelmätason tarkistus todellisissa valaistusolosuhteissa paljastaa ylikuulumisen, jonka laboratoriospektrofotometrit saattavat jättää huomiotta. Mittaamalla signaalin tummasta näytteestä ja kohdenäytteestä vahvistat, että suodatin tuottaa luotettavan datan edellyttämän kontrastin joka kerta.