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高分辨率熒光顯微成像系統(tǒng)和相關定量應用的性能，尤其是在活細胞和組織研究中的應用，需要精確優(yōu)化熒光激發(fā)和檢測策略。如果沒有當前技術各個方面的重大發(fā)展，包括光學顯微鏡、熒光團的生物學和化學，也許最重要的是過濾技術，熒光顯微技術不可能在最近幾年取得如此顯著的進步。采用高度專業(yè)化和的薄膜干涉濾光片增強了熒光技術的多功能性和范圍，遠遠超出了早期使用依賴于嵌入染料的吸收特性的明膠和玻璃濾光片所提供的能力。

當前的生物研究顯微鏡技術越來越傾向于高度特異性、靈敏和通用的少量熒光分子探針定位，最終目標是確定它們在細胞和分子過程中的作用。在現(xiàn)在典型的寬場落射熒光照明配置中，濾光片組合在信噪比方面起著至關重要的作用，從而幫助顯微鏡師平衡增強熒光染料激發(fā)的沖突要求，同時限制光漂白和細胞光毒性。經(jīng)典落射熒光顯微鏡的特點是激發(fā)和檢測光路部分重合，需要使用濾光片補充來減少強烈的激發(fā)光，在樣本相互作用之后，通過一到一千萬之間的系數(shù)，以便從通常有限數(shù)量的發(fā)射熒光光子形成實際圖像。高效熒光濾光片組是必要的，以便在檢測路徑中提供的激發(fā)光衰減，同時成功捕獲盡可能多的發(fā)射光子。非常高的熒光發(fā)射檢測效率能夠相應降低整體照明水平，從而限度地減少熒光染料的光漂白和對樣品的光毒性。高效熒光濾光片組是必要的，以便在檢測路徑中提供的激發(fā)光衰減，同時成功捕獲盡可能多的發(fā)射光子。非常高的熒光發(fā)射檢測效率可以相應降低整體照明水平，從而限度地減少熒光染料的光漂白和對樣品的光毒性。高效熒光濾光片組是必要的，以便在檢測路徑中提供的激發(fā)光衰減，同時成功捕獲盡可能多的發(fā)射光子。非常高的熒光發(fā)射檢測效率能夠相應降低整體照明水平，從而限度地減少熒光染料的光漂白和對樣品的光毒性。

基于光學干涉現(xiàn)象的高性能濾光片有助于改變熒光技術在寬視場和共聚焦顯微鏡中的應用。目前提高熒光標記特異性的大部分進展是由于技術的發(fā)展，使抗體與各種合成熒光探針結合。結合精心調整的熒光染料化學特性和由于干涉濾光片光學進步提供更好的信噪比而提高的靈敏度，當前熒光技術的分辨率限制擴展到單個分子的可視化。

干涉濾光片是通過將特殊材料的薄層沉積在平坦的基板上來構建的。他們的設計依賴于薄膜沉積和薄膜光學干涉技術，這兩種技術在現(xiàn)代光學元件設計以及半導體和光通信領域都至關重要。干涉濾光片的基本結構具有交替的高和低折射率材料層，每一層的厚度通常是四分之一波長的整數(shù)倍。通過仔細選擇通常沉積在玻璃或熔融石英/石英基板上的各層的厚度和折射率值，可以利用在各層界面反射的光波的受控干涉，使濾光片能夠反射特定波長，同時傳送他人。

使用寬場落射照明的經(jīng)典熒光顯微鏡以及許多激光掃描共聚焦技術所需的基本濾光片補充包括三個單獨的元件，這些元件通常組合成一個光學安裝座，通常稱為濾光片立方體或濾光塊。濾光片組件包括激發(fā)濾光片、二色鏡（或分光鏡）和發(fā)射（或屏障）) 濾波器，如圖 1 所示。每個組件執(zhí)行不同的特定功能，但都通過精確利用干擾效應得到增強。三個濾光片元件的特性以及每個濾光片元件的必要性能規(guī)格將在以下各節(jié)中進行更詳細的討論。一般來說，為特定調查選擇過濾器集需要考慮過濾器和熒光染料、顯微鏡照明源和用于捕獲信號的檢測器之間的光譜相互作用。

圖 1 顯示了一個典型的現(xiàn)代熒光濾光片組以及組件干涉濾光片的可見區(qū)光譜輪廓。二色鏡安裝在與濾光片塊的光軸成 45 度角的位置，并固定到位水泥或微型夾具。激勵和屏障濾波器放置在塊的前表面和頂面的底座上，并用圓形擋圈鎖定到位（圖 1（a））。來自顯微鏡照明器的光通過激發(fā)過濾器進入模塊，二次熒光發(fā)射通過屏障過濾器離開模塊。該濾波器組的光譜分布如圖 1(b) 所示。設計用于響應紫外線和綠色激發(fā)波長的熒光團的同時成像，該組合包含一個具有兩個帶通區(qū)域（380-420 和 510-560 納米）的激發(fā)濾波器。請注意，紫外線激發(fā)剖面的透射值低于綠色剖面的透射值，這是由于濾光涂層材料在波長低于約 400 納米處有更大的吸收。二色鏡具有兩個高透射區(qū)域，以適應發(fā)射濾光片中的相應透射區(qū)域。此外，類似于激發(fā)濾光片，屏障濾光片有兩個帶通區(qū)域，設計用于同時觀察藍色和紅色熒光發(fā)射。由于濾光涂層材料在波長低于約 400 納米處有更大的吸收。二色鏡具有兩個高透射區(qū)域，以適應發(fā)射濾光片中的相應透射區(qū)域。此外，類似于激發(fā)濾光片，屏障濾光片有兩個帶通區(qū)域，設計用于同時觀察藍色和紅色熒光發(fā)射。由于濾光涂層材料在波長低于約 400 納米處有更大的吸收。二色鏡具有兩個高透射區(qū)域，以適應發(fā)射濾光片中的相應透射區(qū)域。此外，類似于激發(fā)濾光片，屏障濾光片有兩個帶通區(qū)域，設計用于同時觀察藍色和紅色熒光發(fā)射。

圖 2 中說明了三個于衡量濾光片光學質量和性能的基本參數(shù)。的表面平坦性（圖2（a））為平坦的或平面的表面的偏差的測量，并在級分或平均波長（通常為550個納米）的倍數(shù)來計算。不規(guī)則表面反射產生的波前失真是表面平整度值的兩倍。該參數(shù)對于確定二色鏡的質量至關重要，二色鏡反射熒光顯微鏡前表面的激發(fā)照明。通過濾波器的平面波前的失真稱為透射失真（圖 2(b)），并且也以波長的分數(shù)或倍數(shù)進行測量。造成透射失真?zhèn)斡暗脑蚴峭獗砻娴钠秸纫约皟炔咳毕莓a生的折射率波動。外過濾器表面之間平行度的角度偏差稱為楔形（圖 2(c)），以偏差角的弧秒或弧分測量。由于光束偏差導致的圖像偏移是熒光顯微鏡中過大的濾光楔角引起的問題的偽影。對于典型的濾波器，偏差幅度大約等于楔角的二分之一。除了圖像偏移之外，楔形缺陷還會因離軸內部反射產生重影。

激發(fā)濾光片的主要功能是阻擋來自照明源的所有光，除了與用于標記樣品的熒光染料的吸收特性相對應的選定波長帶。要求根據(jù)所使用的光源而有所不同。如果使用汞或氙弧放電燈等寬范圍光源，則必須將其大部分輸出（從紫外到近紅外波長）排除在到達樣品之外。在許多情況下，合適的激發(fā)濾波器的帶通傳輸范圍有限，約為 40 納米（半高全寬；FWHM)，以熒光團的吸收為中心。這種類型的干涉濾光片由沉積在浮法玻璃上的多個介電層構成，并用環(huán)氧樹脂層壓板密封，以保護吸濕薄膜層免受濕氣的影響。盡管通常設計為垂直于光束路徑（以零度入射）放置，但許多最近的濾光片光學塊設計在安裝座中將激發(fā)濾光片傾斜幾度，以限度地減少內部反射的干擾。當采用激光照明時，限制反射的預防措施尤為重要，因為高強度反射可能會損壞激光腔。

由于激發(fā)濾光片元件不位于熒光發(fā)射成像路徑中，因此不需要程度的光學精度。激勵濾波器的設計公差通常小于大約 6 弧分的楔形，但不需要更精確的研磨和拋光。然而，重要的是涂層以及用作保護層的任何環(huán)氧樹脂層壓板沒有缺陷，例如夾雜異物或氣泡。還必須消除涂層中的針孔，因為它們允許不需要的波長通過濾光片并降低成像系統(tǒng)的信噪比。

雙色分束器位于激發(fā)和發(fā)射（屏障）過濾器之間，與光束路徑成 45 度角（見圖 1）。傳統(tǒng)上，這種光學元件被稱為分色鏡，并在落射照明配置中提供兩個主要功能。雙色分束器設計為專用的長通濾光片，利用干涉層反射某些波長并透射其他波長，因此可以在有限波長范圍的窄邊界的相對兩側分離波長。與光軸成 45 度角放置的二色分束器以 90 度角反射較短的激發(fā)波長，并將它們沿照明軸傳遞到樣品。同時，這個關鍵元素傳輸熒光團發(fā)出的較長熒光波長，然后用物鏡收集并由檢測器成像。

二色鏡的設計要求必須考慮到它在激發(fā)和發(fā)射光路中都起作用的事實。選擇涂層以產生最小的自發(fā)熒光，作為基材的材料，通常由熔融石英或石英組成。通過利用復雜的干涉濾光片設計技術，可以在非常短的波長范圍內實現(xiàn)從接近全反射到透射率的轉變，從而能夠精確區(qū)分激發(fā)光和發(fā)射光。除了顯示明確定義的光譜特性外，該光學組件的物理公差也非常嚴格。已發(fā)布的規(guī)范通常要求楔形小于 1 弧分，表面平整度偏差小于每英寸 10 個波長（影響反射光束），以及每英寸 1 個波長或更小的透射波前畸變（影響透射發(fā)射信號）。需要注意的是，雙色鏡的反射和透射范圍都有限制，并且不能在特定波長處精確地進行過渡，而是在很窄的波長范圍內進行。雙色分束器不會以 99% 的效率反射過渡區(qū)域以下的所有波長，并且會再次開始以較低波長傳輸。類似地，傳輸特性在躍遷的長波長一側也不是均勻的。在許多情況下，傳輸通常會在比設計范圍長的波長處下降，或者在深紅色和近紅外區(qū)域表現(xiàn)出其他不規(guī)則性。

標準熒光顯微鏡濾光片組的第三個組件是發(fā)射濾光片或屏障濾光片。該光學元件主要用于阻擋來自激發(fā)波長的光，其次是僅將所需的熒光發(fā)射光譜部分傳遞到檢測器。發(fā)射濾光片的光學特性必須與激發(fā)濾光片的光學特性仔細匹配，以達到允許記錄相對較弱的熒光發(fā)射信號所需的激發(fā)波長抑制水平。普通熒光技術中的激發(fā)光可能比熒光染料的發(fā)射光亮一百萬倍以上，即使是相對少量的未阻擋的激發(fā)光也能淹沒信號。通常，發(fā)射濾光片被設計成將來自特定相應激發(fā)濾光片的波長阻擋到 5.5 或更高的光密度水平。

實際上，發(fā)射濾光片作為第二級去除被二色分束器不阻擋的激發(fā)光，并且還用于調節(jié)樣品發(fā)出的二次熒光的噪聲水平。在確的熒光濾光片組中，發(fā)射濾光片是與熒光染料的發(fā)射光譜相匹配的帶通型，盡管在某些應用中使用長通濾光片來收集更大的信號。長通發(fā)射濾光片的缺點是通過來自其他熒光染料和/或自發(fā)熒光的更多干擾，因此，大多數(shù)高分辨率技術使用帶通濾光片。在信號分量的光譜鑒別比整體強度更重要的應用中，這種濾波器設計可限度地提高信噪比。干涉發(fā)射濾光片必須高精度研磨和拋光，其規(guī)格與二色鏡相似：楔形小于 1 弧分，透射波前畸變低于每英寸 1 個波長。為了限度地減少內部反射，通常將此光學元件相對于顯微鏡光軸傾斜幾度，就像通常使用激發(fā)濾光片所做的那樣。

圖 3 中顯示的是典型的長通（圖 3（a））和帶通（圖 3（b））濾光片組合，設計用于熒光顯微鏡的日常工作。長通濾波器組包含一個 20 納米帶通激發(fā)濾波器，中心波長為 480 納米，這被認為是窄通帶范圍。二色鏡和屏障濾光片的截止波長分別為 500 和 520 納米。與使用帶通濾波器相比，使用長通屏障濾波器增加了信號電平。帶通熒光組中的 30 納米寬帶激發(fā)濾光片（圖 3（b））比長通熒光組中的窄對應物（圖 3（a））提供了更多的激發(fā)能量。然而，帶通屏障濾波器（在這種情況下為 40 納米）對信號檢測施加的限制區(qū)域會降低到達檢測器的整體熒光強度。

干擾濾波器原理

用于濾光片生產的薄膜技術的發(fā)展極大地提高了光學顯微鏡中光譜控制的多功能性。早期的濾光片設計由放置在比色皿中的有色染料溶液組成，然后依次是含染料的明膠片、明膠-玻璃組合和純色玻璃濾光片。這種依靠吸收來衰減光的濾光片經(jīng)久耐用且價格低廉，但它們的用途受到峰值透射率低、波長辨別力差以及自發(fā)熒光水平高的限制。用于全反射鏡和中性密度濾光片的金屬材料薄膜涂層，以及用于波長選擇的透明干涉涂層，現(xiàn)在是泛使用的光控制設備。目前，可以按照非常精確的規(guī)格生產干涉濾光片，從而可以針對大多數(shù)應用優(yōu)化其光學性能。利用薄膜鍍膜技術，可以制造各種各樣的濾光片設計，包括長通或短通邊緣濾光片、窄帶或寬帶濾光片、多帶通濾光片和二色分光鏡。

干涉濾光片是多層薄膜器件。它們的光學特性源于控制兩種不同介質之間界面處光的反射和傳輸?shù)脑?。這些原理可以很容易地外推到光與沉積在不同成分的基板上的單個薄膜相互作用的行為，類似于沉積在基板上的結構堆疊中的多個不同成分和厚度的薄膜層。干涉濾光片通常是通過在光學玻璃基板上真空沉積金屬鹽薄膜來制造的。如果使用幾種不同的薄膜材料重復該過程，就會產生多層濾光片，提供多個反射或折射光的界面。

入射光在空氣玻璃界面的反射是一個重要的概念，它調節(jié)顯微鏡中透鏡、濾光片、鏡子和其他光學組件的作用。當光線遇到透明玻璃表面時，大約 4% 的總入射輻射被反射。因此，一疊八個玻璃元件可以透射大約 50% 的入射光，其余的在 16 個玻璃表面（每個元件的前部和后部）反射。類似的效果是通過將多個薄膜涂層施加到玻璃基板上而產生的。幸運的是，可以仔細選擇每一層的厚度和折射率，以控制界面處特定波長的反射和透射特性。

調節(jié)干涉濾光片結構的關鍵物理現(xiàn)象是光入射到兩種透明介質之間的光滑界面時發(fā)生的反射。這種界面處的反射特性取決于兩種材料的折射率、入射角和入射光的偏振方向（如果有的話）。當光入射到界面上時，一部分光進入第二介質并被折射，而另一部分在界面上反射（見圖 4）。對于折射率為n(1)和n(2) 的兩種介質，入射角 (i) 和折射角 (r)之間的關系，如圖 4 所示，由斯涅爾定律給出：

參考入射角和折射角（i和r），界面處兩個偏振光分量的反射率由以下表達式?jīng)Q定：

其中R(p)是平行于入射平面的偏振光的反射率，稱為p偏振光，R(s)是垂直于入射平面的偏振光或s偏振光的反射率. 在垂直入射時，不會出現(xiàn)偏振差異，并且總反射率 (R) 等于s和p分量的反射率，如公式所示：

考慮到這種關系，對于穿過空氣（其折射率為 1.0）并進入折射率為 1.5 的玻璃光學元件的光波，每個空氣-玻璃表面的反射率 (R) 為 0.04，或者兩個表面垂直入射時的反射率 ( R ) 為 0.08 .在前面的八個堆疊玻璃元件的示例中，通過 16 個表面的透射率為 0.96 的 16 次方，即大約 52%（相當于 48% 的反射損失）。反射率方程表明，對于空氣中的玻璃元素（n(1)等于 1.0），反射率隨著n(2)值的增加而增加.未鍍膜玻璃元件的高反射損失強調了在光學元件上加入有效的抗反射涂層可能帶來的潛在好處。另一個對光學涂層功能至關重要的因素，特別是對于干涉濾光片，是當光穿過界面?zhèn)鞑r，如圖 4(a) 所示，如果n(2)大于n(1)，反射波經(jīng)歷 180 度的相位變化。

由兩種相鄰介質之間的折射率不匹配產生的反射率變化，結合反射時發(fā)生的相變，提供了一種機制，通過該機制可以利用光學干涉來調制光學元件對所需波長區(qū)域的透射和反射. 通過將透明介電材料薄層沉積到玻璃基板上，可以控制特定波長范圍的反射和透射，而不會顯著損失光強度。通過適當選擇介電折射率、層厚度和層數(shù)，可以在非常寬的范圍內定制干涉光學的光譜特性。

無論設計用作邊緣濾波器還是帶通濾波器，多層薄膜器件都通過相長干涉和相消干涉現(xiàn)象進行波長選擇。它們基于相同的原理，并且在大多數(shù)情況下可以歸類為Fabry-Perot干涉儀（圖 5（a））。這些簡單的干涉儀依靠多重反射波前之間的干涉來傳輸選定的波長范圍，同時阻擋所有其他波長。首先考慮單色光入射在玻璃基板上的單個薄膜介電涂層上的簡單例子，地描述這種類型的濾光片的操作機制，薄膜的折射率介于空氣和玻璃。具有折射率n(1)、n(2)和n(3)的三種介電材料如圖 4(b) 所示。薄膜的厚度為t，分離半無限厚的材料。

在圖 4(b) 描述的配置中，每個界面都會發(fā)生一些反射，通常稱為菲涅耳損耗（或菲涅耳反射，以奧古斯丁菲涅耳命名）。反射的入射光比例可以從總反射率 (R)方程確定，分析表明，隨著界面上的折射率差異 (n(2)-n(1))，菲涅耳損耗變得更大) 增加。當光通過薄膜傳播并進入第三種介質時，一個合乎邏輯的假設是透射強度會因兩個界面處發(fā)生的菲涅耳損耗之和而降低。然而，如果薄膜厚度很?。ㄔ诠獠ㄩL的數(shù)量級），從兩個表面反射的波之間會發(fā)生干涉，這可能會增加或減少總的組合強度。干涉的性質取決于在每個表面反射后波前的相位關系，而這又取決于波長、材料的折射率和入射角。

如果薄膜折射率n(2)介于空氣和基板的折射率之間，則入射光反射發(fā)生在空氣-薄膜界面和薄膜-基板界面，如圖 4 中的紅波所示（ b)（注意入射角被大大夸大了）。從界面反射的光線之間的相位關系由相對于光波長的薄膜厚度和折射率的比較值決定。因為n(2)大于n(1)，所以從表面（薄膜表面）反射的光波表現(xiàn)出 180 度的相變。如果選擇薄膜厚度使得光學厚度（厚度的乘積，t，并且折射率n(2)) 等于光波長的四分之一 (λ/4 )，通過薄膜傳播并從薄膜-玻璃界面反射的光線經(jīng)歷了 180 度 (λ/2) 反射時的相變。此外，在波通過薄膜返回時會發(fā)生第二個 180 度相位變化。與條反射光線的半波長相位變化相比，該光線的凈全波長相位變化導致兩條反射光線之間的相位差為 180 度，并產生相消干涉。隨著反射光線被有效抵消，四分之一波長厚度的薄膜起到抗反射光學涂層的作用。在其結構中采用多層薄膜的長通和短通濾波器，如果設計得當，將顯示出抗反射特性。

通過使用不同折射率的薄膜材料，可以簡單地改變兩條反射光線之間的相位關系。應用與上述相同的配置，但薄膜折射率大于基板的折射率（以及空氣的折射率），次反射將產生相同的 180 度相變。然而，通過薄膜傳播的光線在反射時不會改變相位，因為n(2)現(xiàn)在大于n(3)，并且只獲得與雙程相關的正常 180 度相位滯后 (λ/2)通過四分之一波厚 (λ/4） 電影。兩個反射波前（每個波前具有 180 度的相變）之間發(fā)生相長干涉，因此與較低折射率薄膜涂層的反射率相比增加了反射率，并使光學元件起到部分反射器的作用。

通過利用薄膜干涉技術，可以制造各種有用的器件。從前面的討論中可以明顯看出，可以微調薄膜涂層特性以利用多重反射波前的疊加。波之間的干涉現(xiàn)象的性質可以是純粹的建設性、破壞性或許多中間相位關系中的一種。以抗反射涂層結構為例，如果薄膜的光學厚度不是四分之一波長的整數(shù)倍，則兩次反射的相位相差不是 180 度。因此，干擾并不是破壞性的，會導致反射率超過理論最小值?？梢岳闷渌辔魂P系來操縱薄膜的透射和反射特性。二分之一波長厚度的介電薄膜層產生 360 度（全波）的相變，并且可以用作對特定設計波長的反射率或透射率沒有影響的缺席層。對于僅由介電材料組成的結構，組合的透射和反射光線能量等于入射光能量。

干擾濾波器設計

沉積在濾光器基板上的薄膜層的組成和排列決定了器件的透射和反射特性。當具有相同波長的光波占據(jù)相同的物理空間時，它們會以由它們的相對相位和幅度決定的方式相互干擾。如果波異相（180 度），并且它們的振幅相等，則它們相互抵消以產生零振幅的波，則干擾是破壞性的。當兩個波彼此同相時，它們會相長干涉以產生更大振幅的波。由多層組成的薄膜光學涂層被設計成使層邊界之間的光學距離（通常是整數(shù)倍波長的整數(shù)倍）控制多次反射和透射光波的相位差。光學涂層中連續(xù)施加的層有效地構成了邊界的堆疊，每個邊界產生反射和透射分量，隨后從其他邊界反射和透射。通過這種多層結構傳播的多色光將受到特定波長的相消干涉和衰減，以及與其他波長的增強傳輸?shù)南嚅L干涉。每個都產生反射和透射分量，這些分量隨后從其他邊界反射和透射。通過這種多層結構傳播的多色光將受到特定波長的相消干涉和衰減，以及與其他波長的增強傳輸?shù)南嚅L干涉。每個都產生反射和透射分量，這些分量隨后從其他邊界反射和透射。通過這種多層結構傳播的多色光將受到特定波長的相消干涉和衰減，以及與其他波長的增強傳輸?shù)南嚅L干涉。

涂層性能特征受層狀結構中邊界的數(shù)量、每個邊界上的折射率差以及涂層內邊界之間的距離的影響。干涉濾光片制造商在專業(yè)設計軟件的幫助下應用光學薄膜理論來優(yōu)化特定應用的特性。通過改變薄膜結構，可以非常精確地控制濾波器性能規(guī)格。通過薄膜設計控制的特性包括透射和反射的程度、發(fā)生透射和反射（和中間躍遷）的光譜范圍的范圍以及偏離垂直入射角的偏振效應。圖 6 中顯示了通常用于描述干涉濾光片的關鍵光譜特性和命名法。包括峰值和平均透射率值的位置，以及中心波長（CWL）為帶通濾波器和所述切口上和截止值短通（黃色曲線）和長通（藍色曲線）濾波器，分別。還指出了圖 6 中帶通光譜曲線（綠色曲線）的阻塞范圍。

如前所述，四分之一波長介電層可以設計為用作玻璃基板上的抗反射涂層，或者，建設性地加強反射。該四分之一波長疊層反射器（見圖5（b））的是由兩個或更多的電介質材料的交替層，并且被用作基本構建塊用于光學薄膜裝置。每一層的設計光學厚度只滿足一個特定的波長值，稱為主波長的設備。圖 5(b) 中所示的四分之一波堆疊反射器光譜分布是從一個裝置中獲得的，該裝置由 23 層交替組成，在玻璃基板上交替出現(xiàn)硫化鋅（折射率為 2.35）和冰晶石（折射率為 1.35），其中主波長為 550 納米?？梢圆捎幂p微的設計修改來消除下降（通常稱為振鈴) 在傳輸區(qū)域，優(yōu)化用作長通或短通截止濾波器的元件。這種組合物的涂層在主波長處表現(xiàn)出的反射，并且透射高于和低于主值的波長。涂層性能是主波長反射波相長干涉的結果，以及由于透射波之間的相消干涉而使總透射率最小化的結果。四分之一波堆疊反射器適合用作阻帶濾波器、阻斷器和截止濾波器。

窄帶干涉（帶通）濾波器的工作原理與法布里-珀涉儀相同，依賴于多個反射光束之間的干涉。在典型的法布里-珀涉儀（為光譜應用而構建；見圖 5(a)）中，入射光在位于兩個反射面之間的透明（空氣）介質中經(jīng)歷多次反射。每個透射波前在定義干涉儀腔的表面之間經(jīng)歷偶數(shù)次反射。出現(xiàn)的波前之間的相位差決定了傳輸值是否發(fā)生，或者大部分光被反射回源。對于給定的入射角，特定條件占優(yōu)勢的波長區(qū)域，n等于 1.0) 等于物理厚度。

的基于干涉原理的帶通濾波器是薄膜固體法布里-珀涉儀，通常稱為腔或單腔涂層.通常，這些濾光器是通過用薄膜隔板分隔兩個薄膜反射器來構建的（如圖 7 所示）。在全介電腔中，傳統(tǒng)的氣隙被一薄層介電材料取代，該介電材料的光學厚度等于主要設計波長（所需的傳輸峰值）的整數(shù)半波長。薄膜高反射器是普通的四分之一波長堆疊反射器，其寬帶反射率在主要設計波長處達到峰值。由于其半波長厚度，分隔反射器的隔離物在主波長處引起透射而不是反射，因此支持腔內的多次反射。波長長于或短于主波長的光會獲得相位差，使反射而透射最小化。這種干擾現(xiàn)象的組合產生了有效的帶通濾波器。濾波器的特性，例如通帶區(qū)域的寬度、通帶內的傳輸水平以及該光譜區(qū)域外的阻塞范圍，由層數(shù)及其排列決定。窄通帶通常是此類濾波器的設計目標，它是通過增加構成腔體的四分之一波長堆棧的反射率和增加薄膜間隔物的厚度來實現(xiàn)的。例如通帶區(qū)域的寬度、通帶內的傳輸水平以及該光譜區(qū)域外的阻塞范圍等，都由層數(shù)及其排列決定。窄通帶通常是此類濾波器的設計目標，它是通過增加構成腔體的四分之一波長堆棧的反射率和增加薄膜間隔物的厚度來實現(xiàn)的。例如通帶區(qū)域的寬度、通帶內的傳輸水平以及該光譜區(qū)域外的阻塞范圍等，都由層數(shù)及其排列決定。窄通帶通常是此類濾波器的設計目標，它是通過增加構成腔體的四分之一波長堆棧的反射率和增加薄膜間隔物的厚度來實現(xiàn)的。

干涉濾光片的詳細結構可能有很大的變化范圍。盡管許多由介電材料構成，但寬帶干涉濾光片設計通常在墊片中包含金屬層。即使在全介電濾波器中，金屬薄膜層通常也包含在輔助結構中，作為某些光譜區(qū)域的阻塞濾波器（圖 7）。金屬-介電-金屬 ( MDM ) 腔可用于涉及紫外線過濾的應用，紫外線將被全介電結構吸收。在這種類型的固體法布里-珀涉儀中，反射器是金屬薄膜，由具有整體半波長厚度的介電材料間隔層隔開。

如上所述，典型的四分之一波長堆疊反射器由高折射率和低折射率介電材料的交替層構成（見圖 7 和圖 8）。一對高低指數(shù)層構成的周期，通常在構建具有所需性能特征的堆棧時重復多次。兩個疊層與適當?shù)拈g隔層的組合構成了單腔過濾器。兩個或多個這樣的腔可以與匹配（無）層耦合以形成多腔通帶濾波器。圖 7 說明了典型的雙腔通帶干涉濾波器的詳細結構。由多腔結構產生的總傳輸通帶大約等于各個腔的值的乘積。因此，隨著腔數(shù)的增加，通帶斜率的截止邊緣變得更陡，通帶外的反射率增加（見圖 9），從而改善了對通帶區(qū)域附近波長的抑制。

在光學薄膜技術的術語中，通常用字母H來表示高折射率材料的四分之一波長光學厚度層，而將低折射率材料的四分之一波長光學厚度層表示為L（圖 7 和 8）。各種指數(shù)和分數(shù)名稱與字母組合用于表示周期數(shù)和堆疊層的光學厚度。通常，指定干擾濾波器結構的術語是每個制造商所的。硫化鋅是一種常用的高指數(shù)材料，而冰晶石是一種天然存在的氟化鋁鈉礦物，通常用于低指數(shù)層。間隔層是高折射率材料的半波長厚膜，缺席（耦合）層由具有半波長厚度的低折射率材料組成。

如前所述，帶通干涉濾光片設計中采用的腔數(shù)會影響濾光片區(qū)分帶內和帶外波長的能力。圖 9(a) 顯示了典型的透射曲線作為波長的函數(shù)，用于構建具有不同腔數(shù)的幾種理論濾波器。在等效的帶通和中心波長處，隨著腔數(shù)的增加，在遠離主波長的波長處，通帶外的光衰減程度更大。對于大量腔，濾波器的傳輸通帶接近所需的方波輪廓，表明傳輸和衰減波長區(qū)域之間的急劇轉變。在實踐中，這種濾光片特性體現(xiàn)在改進的波長辨別力和更高的能量傳輸效率。具有急劇截止和截止躍遷的帶通濾光片可有效分離具有小斯托克位移的熒光染料的激發(fā)波長和發(fā)射波長。

通過考慮滲漏的潛在影響，可以地說明采用大量腔的濾波器設計改進波長區(qū)分的重要性進入相鄰的過濾器或腔體堆疊。在實踐中，當激發(fā)能量通過發(fā)射濾光片傳輸時，這種偽影發(fā)生在熒光顯微鏡中。滲漏的結果是將不希望的激發(fā)光能量添加到作為樣品熒光檢測的信號中，從而增加了背景水平并提高了熒光檢測的下限。圖 9(b) 顯示了典型的干涉濾光片透射曲線，使用三腔和五腔設計，分別以 435 和 460 納米的激發(fā)和發(fā)射波長為中心。激發(fā)和發(fā)射波長的差異很小，五腔濾波器設計表現(xiàn)出的通帶輪廓更陡峭的過渡顯著減少了潛在的滲透，因為光譜重疊區(qū)域出現(xiàn)在低得多的透射值下。為了使用三腔濾光片獲得可接受的滲透水平，必須選擇兩個濾光片的中心波長并附加波長分離。對于具有小斯托克位移的熒光染料，這種方法會顯著降低熒光激發(fā)和檢測的效率。

除了上述基本設計特征之外，將干涉濾波器與特定應用相匹配還需要考慮通過濾波器構造中的技術優(yōu)化的性能特征。光學系統(tǒng)中濾光片所達到的功能水平取決于該設計與系統(tǒng)中其他組件的集成程度。盡管干涉濾光片在被視為隔離組件時可能滿足所有主要性能要求，但特定的光學系統(tǒng)標準通常需要將其他結構合并到濾光片組件中。例如，與在寬光譜范圍內工作的光源或檢測器一起使用的濾波器需要一種機制來擴展衰減范圍超越了多層涂層單一基材表面所提供的效果。此外，如果采用非常強的照明源或高度靈敏的檢測器，則可能需要增加衰減水平。盡管一些光學系統(tǒng)提供了足夠的物理空間用于結合單獨的吸收或反射元件，但這些阻擋或衰減元件通常與初級干涉涂層組合成單個組件。

向濾波器添加專門的組件以增加衰減總是會導致所需波長的一些傳輸損耗，并降低系統(tǒng)的總光通量。因此，設計用于阻塞的策略旨在為特定應用提供傳輸和衰減之間的平衡。例如，阻擋可能被設計為僅在符合檢測器靈敏度的波長范圍內提供衰減，同時允許光能傳輸?shù)綑z測范圍之外。

在帶通干涉濾光片中，例如圖 7 中所示的雙腔示例，可以通過添加多層薄膜阻擋結構來提供與通帶（在長波長側）相鄰的阻擋。對于圖 7 所示的理論濾波器，金屬-電介質混合阻塞濾波器執(zhí)行此功能。在具有類似設計的典型商業(yè)產品中，多層阻塞濾波器將通帶長波長側的透射率限制為大約 0.01%。通常，必須根據(jù)過濾器目標性能要求和生產更復雜組件的更高成本來權衡更大的阻塞水平和隨之而來的整體傳輸損失之間的折衷。

還可以通過使用吸收組件來進一步減少或消除不需要的波長，這些組件通過在特定波長區(qū)域中衰減同時繼續(xù)傳輸所需波長來實現(xiàn)。吸收性有色玻璃通常用于抑制干涉濾光片通帶短波長側的透射。這種玻璃元件既可以用作干涉涂層的基材，也可以在制造后層壓到濾光片組件上（見圖 7）。薄膜涂層材料，包括電介質和金屬，也可用于通過吸收提供衰減。除了吸收性玻璃組件外，還可以在濾光片組裝過程中將染料添加到光學膠中，以為濾光片系統(tǒng)的主要帶通特性提供補充吸收值。

盡管吸收材料對于某些阻塞和衰減功能是理想的，例如與通帶相鄰的短波長阻塞，但它們的規(guī)格不一定適用于所有應用。在許多情況下，吸收介質不能提供必要的透射度、吸收水平或截止過渡曲線。此外，這些材料由于過度吸收能量，通常容易受到溫度升高的影響，這可能導致顯著的波長偏移或對光學系統(tǒng)的物理損壞。

為了提供更高水平的性能（盡管成本更高），通常采用介電薄膜涂層來擴展整個設計光譜區(qū)域的衰減。為主要干涉結構提供補充過濾，這些額外的介電涂層可以應用于基板并層壓到過濾器組件上。幾個阻塞組件，可以是長通、短通或非常寬的帶通，可以組合起來在所需的光譜區(qū)域提供高透射率，同時在初級涂層“泄漏”不需要的波長的區(qū)域產生高反射率。圖 10 說明了主要帶通濾波器的頻譜特性，其中添加了幾個阻塞組件以擴展衰減范圍。

許多選項可用于自定義干涉濾波器性能。使用全介電涂層的一種流行替代方法是包括金屬薄膜帶通涂層。這種策略更簡單，因為單個涂層元件通常會將衰減擴展到遠紅外光譜區(qū)域。金屬涂層的主要缺點是它們具有吸收性，并且可能會將所需通帶中的透射率降低到 10% 到 60% 之間的水平。相比之下，類似的全介電濾波器通常允許通帶區(qū)域中的傳輸值為 45% 到 85%。

擴展單涂層濾波器衰減區(qū)域的兩種常用策略稱為阻塞優(yōu)化和阻塞。為優(yōu)化阻塞而設計的濾波器通常與光譜靈敏度有限的檢測器一起使用，而阻塞則應用于與表現(xiàn)出全范圍光譜靈敏度的檢測器一起使用的濾波器。設計用于優(yōu)化阻塞特性的濾波器將通帶短波長側的有色吸收玻璃元件與通帶長波長側的介電反射器結合在一起。阻塞的濾波器設計利用金屬薄膜帶通涂層，通常輔以有色玻璃組件以增強短波長的衰減。

大多數(shù)干涉鍍膜設計為過濾垂直入射角的準直光（鍍膜垂直于光路）。光以與濾光片表面法線不同的角度入射會產生多種影響：中心波長移至較低值，這對于兩個正交偏振分量不同，總透射率降低，帶寬增加。光學設計人員必須考慮這些因素，以便在相對于法線的顯著角度使用的組件（例如分束器）以及當濾光片未按預期方向對齊時用戶。對于采用干涉涂層的邊緣和帶通濾波器，都觀察到傾斜角的影響。對于距法線小于約 25 度的入射角，對透射率和帶寬的影響可以認為是最小的。然而，波長漂移很重要，有時會被用來精確調諧窄帶濾波器的中心波長。這當入射角偏離法線時發(fā)生的偏振分裂非常重要，雖然它可以在某些應用中發(fā)揮優(yōu)勢，但通常被認為是干涉涂層的不良特性。與角度相關的偏振是主要限制因素，可防止 45 度雙色分束器的切入躍遷與在法向入射時使用的邊緣或帶通濾光器的切入躍遷一樣陡峭。干涉濾光片引起的偏振效應根據(jù)入射到濾光片上的光在透射之前是已經(jīng)偏振還是未偏振而采取一些不同的形式（參考圖 11 進一步討論）。

考慮到干涉濾光片由一系列具有精確控制的光學厚度的介電層（可能還有金屬）組成，可以理解濾光片角度相對于光路的特性變化。增加入射角會增加層的（表觀）光學厚度，并且還會減少干涉光波之間的相位差。對于單層和多層介電涂層以及結構更復雜的干涉濾光片，隨著入射角的增加，透射和反射光譜向較短的主波長移動。配合一些濾光片（如二色分光鏡和帶通濾光片），在傾斜入射角下向更短波長的轉變被有意用作微調主波長的機制。以相對較大的傾斜角為例，a665LP（長通）濾光片（665 納米處峰值透射率的 50%）在 45 度入射角時與605LP濾光片相同。

當濾光片傾斜時觀察到的中心波長減少是薄膜折射率和入射角的函數(shù)。通過對干涉涂層的有效折射率使用單一值，主波長偏移與入射角之間的關系簡化為角度為θ的準直光的以下表達式（適用于小于25度的角度）：

其中λ（θ）是在發(fā)病率，的角度的主波長θ，和λ（0）是在法向入射（0度）的主波長。外部介質的折射率（指定為n(0)；空氣為 1.0）和過濾器的有效折射率 (n) 是等式中的其余變量。

干涉濾光片的有效折射率由涂層材料及其沉積順序決定，這些因素可以在設計過程中控制。當常見的介電材料（如硫化鋅和冰晶石）用于構建標準可見光和近紅外帶通濾波器時，有效折射率的實驗值通常為 1.45 或 2.0，具體取決于間隔層是由低或高折射率材料。為隔離層選擇的材料是過濾器設計者可用于將過濾器性能與特定應用相匹配的重要變量。包括高指數(shù)間隔物（例如硫化鋅）有助于地減少波長隨入射角的偏移，而低指數(shù)間隔材料（通常是冰晶石）可實現(xiàn)更高的透射率和更窄的通帶寬度。在實踐中，由于實際折射率的變化等因素，觀察到的波長偏移可能與計算值略有不同。如果入射角很大（大于大約 30 度），透射率變得明顯取決于偏振，并且通帶特性偏離到可以觀察到不止一個透射峰的程度。

由于非法向入射角引起的偏振變化是大多數(shù)光學配置中的次要因素，但在某些干涉濾光片應用中是一個重要的考慮因素。雖然可以設計干涉涂層來最小化偏振效應，但不能消除；如前所述，可以在一些儀器技術中有利地利用兩個正交偏振光分量之間的特性差異。在大于法線的角度下，平行于包含入射和反射光線的平面振動的光波（p偏振）表現(xiàn)出與垂直于入射和反射平面振動的波（s偏振）不同的透射分布）。圖 11 顯示了長通和帶通濾光片的透射曲線，其中光以 0 度入射，非偏振光以 45 度入射，以及兩個正交偏振分量以 45 度入射。s 偏振光和 p 偏振光過濾的顯著差異是顯而易見的。曲線還表明，非偏振光在大 45 度入射角處表現(xiàn)出向較短波長的顯著偏移，并且在主峰的短波長側有一個額外的透射峰。一個重要的實際考慮是，如果設計 45 度二色鏡以反射在 s 平面偏振的特定激光線，則對于相同的 p 偏振光或隨機偏振光，其性能將有所不同。波長。

干涉現(xiàn)象的性質，如應用于薄膜干涉濾光片結構，無論哪一側面向光源，都會產生相同的光譜性能，至少在通帶內和附近的透射率方面如此。然而，因為大多數(shù)帶通干涉濾光片是用吸收性輔助阻塞元件構成的，所以濾光片的每一側通常會有明顯不同的外觀。一側通常會出現(xiàn)鏡面反射或高度反射，并且?guī)缀鯚o色，而另一側可能會出現(xiàn)深色或不透明。在大多數(shù)應用中，過濾器的方向應該是高反射性的金屬狀表面面向輻射源。在這個配置中，過濾器拒絕的大部分輻射會從過濾器組件的內部組件反射出去，從而限度地減少吸收玻璃元件的熱量并減少組件上的熱應力。制造商通常會在濾光片邊緣放置箭頭或類似標記，以指示光路中的正確方向。

干涉涂層生產方法

干涉濾光片的構造依賴于在具有合適光學特性的支撐基板上精確沉積極薄的材料層。薄膜生產技術是一個復雜而廣闊的領域，是電子和光學行業(yè)的重要組成部分。這里只提供了用于生產干涉濾光片的方法的一般總結。用于薄膜干涉涂層的材料選自具有適合目標應用的光學特性的有限組。感興趣波長的透射、折射和吸收特性必須適當。此外，蒸發(fā)和冷凝特性是涂層過程中需要考慮的重要變量。

薄膜光學涂層通常通過真空沉積工藝制造，例如真空蒸發(fā)或濺射。物理氣相沉積 ( PVD ) 工藝非常適合生產精密過濾器涂層，因為這種工藝的幾何形狀與厚度監(jiān)測和自動控制技術兼容。物理氣相沉積是一種原子過程，其中從固體源蒸發(fā)的材料以氣相傳輸通過真空或低壓氣體或等離子體環(huán)境，然后冷凝到基材上。通過熱阻或電弧蒸發(fā)、濺射和離子鍍技術進行真空沉積是 PVD 工藝。

無論沉積薄膜涂層的蒸汽生產方法如何，制造過程的某些方面都是相似的。許多未涂層的基板被放置在一個能夠實現(xiàn)高真空的大腔室中（如圖 12 所示）。在單個生產運行中要蒸發(fā)和沉積的每種材料的源在抽真空之前放置在腔室中。多層涂層通常在不打開真空室的情況下連續(xù)沉積。在大多數(shù)情況下，基板安裝在允許它們以行星運動旋轉的設備上，從而使每個基板最均勻地暴露在蒸汽中。仔細控制源材料的蒸發(fā)速率和沉積條件，例如溫度、壓力和源-基板幾何形狀，會導致蒸汽云均勻地凝結在旋轉的基板上，從而形成連續(xù)的薄膜涂層。

隨著沉積的進行，增加的薄膜厚度被光學監(jiān)測，當達到精確的所需光學厚度時，基板被屏蔽或停止蒸發(fā)。多層涂層通常由多達一百層組成，通過用兩種或多種按所需順序沉積的材料重復涂層循環(huán)來生產。用于控制薄膜沉積的光學監(jiān)控過程利用了與生產濾光片涂層相同的干涉特性。在鍍膜周期中，特定波長的監(jiān)控光束穿過真空室并入射到空白參考基板上。從基板反射的光由相位敏感的光電倍增管裝置檢測。隨著空白基板上沉積層的厚度增加，反射光的強度根據(jù)反射光束之間發(fā)生的干涉性質而變化。當相長干涉和相消干涉的條件交替獲得時，反射強度以近似正弦波模式振蕩。交替強度曲線的轉折點代表監(jiān)測波長處的四分之一波和半波光學厚度，這些點由中間厚度值分隔。每層的沉積由監(jiān)測電路在適當?shù)姆瓷渎手堤幗K止。當相長干涉和相消干涉的條件交替獲得時，反射強度以近似正弦波模式振蕩。交替強度曲線的轉折點代表監(jiān)測波長處的四分之一波和半波光學厚度，這些點由中間厚度值分隔。每層的沉積由監(jiān)測電路在適當?shù)姆瓷渎手堤幗K止。當相長干涉和相消干涉的條件交替獲得時，反射強度以近似正弦波模式振蕩。交替強度曲線的轉折點代表監(jiān)測波長處的四分之一波和半波光學厚度，這些點由中間厚度值分隔。每層的沉積由監(jiān)測電路在適當?shù)姆瓷渎手堤幗K止。

盡管在真空沉積應用中已經(jīng)開發(fā)了許多用于蒸發(fā)涂層材料的技術，但其中只有兩種通常用于制造薄膜干涉濾光片。原來的方法，可以追溯到真空鍍膜技術的初始開發(fā)和仍然被廣泛使用，依賴于電阻性熱蒸發(fā)通過小的折疊的條狀物直接加熱（或船) 含有涂層材料的鎢、鉬或鉭。通過在舟皿中通入高電流，涂層材料被熱蒸發(fā)并遷移通過真空室，重新凝結成基材上的薄膜。熱蒸發(fā)存在許多問題。主要的困難是熔化有用的涂層材料所需的高溫，這會產生副反應，導致沉積膜受到污染。此外，許多具有理想光學特性以及高耐用性和透明度的材料都是歷用于制造玻璃和陶瓷的相同耐火氧化物。這些耐火材料的高熔點，特別是金屬氧化物，防止它們從金屬舟中蒸發(fā)，它們本身在較低的溫度下熔化。如果于這種蒸發(fā)技術，薄膜涂層只能由揮發(fā)性相對較高（中等熔點）的材料生產，不幸的是，這些材料的耐久性和環(huán)境耐受性較差。這些薄膜的低回彈性也使得生產需要許多涂層的復雜過濾器變得不切實際。

用于熔化或升華源材料的電子束槍的發(fā)展已經(jīng)緩解了電阻加熱技術中固有的許多問題。 電子轟擊已成為光學薄膜生產的方法，使難熔金屬氧化物（如二氧化硅、鋁和鎂的氧化物）以及過渡金屬氧化物（包括氧化鈦和氧化鋯）的揮發(fā)成為可能。該方法包括將高通量電子束（在 10 千伏電勢下約 1 安培）聚焦到包含在大型冷卻坩堝中的涂層材料上。源材料的強烈局部加熱和蒸發(fā)避免了與相對較冷的坩堝發(fā)生任何反應。此外，電子槍可以根據(jù)需要進行聚焦以產生足夠的強度以蒸發(fā)甚至具有極低揮發(fā)性的物質。反應蒸發(fā)）以提高工藝產量。

近年來，已經(jīng)開發(fā)了幾種新的制造技術，可以顯著改善通過物理氣相沉積方法生產的薄膜涂層的性能。被稱為高能 PVD 工藝，見的例子是離子輔助沉積、離子束濺射和反應磁控濺射。在許多情況下，高能 PVD 方法可以制造出具有改進特性的薄膜，包括更高的密度、更高的折射率、降低的光譜性能對溫度和濕度的敏感性以及優(yōu)異的機械特性（例如耐用性）。

離子輔助沉積是蒸發(fā)方法的一種改進，它利用源材料的直接熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)。添加在涂布過程中用離子轟擊基材的高能離子源導致膜層中的堆積密度增加，并且伴隨著折射率的增加和涂布基材的機械特性的改善。更密堆積的薄膜中空隙的減少降低了吸水的可能性，吸水是機械故障和光學性能變化的常見原因。根據(jù)沉積的薄膜，可以采用各種離子種類，包括氧氣或惰性氣體，例如氬氣。

在離子束濺射技術中，高能離子源用于用高速離子轟擊金屬或電介質氧化物靶。靶材的原子從靶材表面發(fā)生物理位移或濺射，其中一部分在涂層基材上凝結成薄膜。該工藝的一種變體，有時稱為雙離子束濺射，在生長過程中添加第二個離子束，以類似于有時與蒸發(fā)技術一起使用的離子輔助轟擊的方式，用氧氣、氬氣或其他氣體轟擊薄膜。

第三個高能 PVD 工藝，即反應磁控濺射，已應用于干涉涂層的生產。這種技術的優(yōu)點是可以制作出具有與離子束濺射薄膜相當?shù)睦硐胩匦缘谋∧?，但沉積速率要高得多。反應磁控濺射采用金屬或半導體靶的直流磁控濺射來產生薄膜，該薄膜與基材反應形成所需的氧化物層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了改進工藝的變化，包括在薄膜生長過程中對襯底的氧離子轟擊。

多種基材材料可用于制造薄膜干涉濾光片，選擇它們以滿足其預期應用的光學和機械要求，以及它們的物理特性與所需涂層材料的兼容性。對于各種應用中的光學基板材料而言，重要的特性包括感興趣的波長范圍內的透射率、熱膨脹系數(shù)、密度和抗激光損傷。材料還應耐化學腐蝕，以及機械和熱沖擊。一些較常見的光學基板材料有氟化鎂、氟化鈣、Suprasil 1（各種熔融石英的商品名）、紫外線級熔融石英、Infrasil 301（低羥基含量的天然熔融石英產品的商品名）、 水晶石英、BK7（一種硼硅酸鹽光學玻璃）和藍寶石。

激光掃描共聚焦系統(tǒng)的其他注意事項

掃描共聚焦技術的實施對熒光成像中使用的光學元件提出了許多額外要求，包括作為熒光組一部分的干涉濾光片。使用激光照明時的一個常見誤解是特定的激光只產生一種波長的光。實際上，幾乎每個激光器都會從多個波長的散射中產生額外的諧波和光。盡管這些次要譜線的強度相對于主要譜線（或多條譜線）而言通常較低，但它們仍會嚴重影響系統(tǒng)信噪比特性。如果所需的發(fā)射線與噪聲位于相同的波長區(qū)域，則通常較弱的熒光信號可以被諧波或散射光掩蓋。為了緩解這個潛在的問題，在照明路徑中加入了一個激光凈化濾光片作為個光學元件。該濾光片實際上是激發(fā)濾光片的改進變體，對于激光照明，需要研磨和拋光以達到高光學質量。盡管寬場技術不需要在照明路徑中具有相同的精度，但對于共聚焦應用，應拋光凈化濾光片以顯示每英寸小于一個波長的透射波前畸變。

同樣，清潔濾光片的楔形規(guī)格應最小化（小于 1 弧分），以允許在同一光束路徑（多條激光線）中使用不同的濾光片，而無需重新調整光學元件。這種類型的濾光片通常采用層狀結構制造，限度地提高反射特性，以避免強烈激光輻射對濾光片造成熱損壞。然后將凈化過濾器安裝在與垂直線（相對于光軸）成幾度角的位置，以防止過多的反射光重新進入激光腔并造成損壞，從而縮短激光器壽命。典型的激光凈化濾光片旨在阻擋來自激光源的所有光，但通帶大約為 10 納米的光除外。

在共聚焦熒光應用中，二色鏡或分束器還必須滿足比寬視場顯微鏡更嚴格的規(guī)范。透射波前畸變和楔形規(guī)格均不應超過每英寸一個波長。由于以一定角度放置在光束路徑中的任何光學元件都會引入偏振變化，因此對于二色鏡也必須考慮這個因素，特別是因為大多數(shù)激光源都是偏振的。兩個正交偏振光束分量的不同分束器透射或反射分布可能導端情況，其中在一個方向偏振的光被反射，而在垂直方向偏振的相同波長的光被透射。

共聚焦熒光系統(tǒng)中發(fā)射濾光片的功能與傳統(tǒng)寬視場顯微鏡中的功能相同，盡管必須阻止的激發(fā)輻射發(fā)生在較窄的光譜區(qū)域。與寬帶照明源（例如汞弧光放電燈）相比，激光激發(fā)線的功率增加可能需要針對主要激發(fā)波長設計具有更嚴格阻擋規(guī)格的激光源濾光器。發(fā)射濾光片通常被研磨和拋光到用于寬場顯微鏡的精確光學規(guī)格，這通常也被認為適用于共聚焦成像。對于共聚焦掃描系統(tǒng)中發(fā)射濾光片的嚴格要求的重要性存在一些分歧，它從光電倍增管檢測器信號中以串行方式逐個像素地形成圖像。由于保持共焦性和排除平面外信號所需的高精度，額外的精度可能有益于限制信號失真的程度。

結論

許多專門的顯微鏡技術顯著受益于這樣一個事實，即控制干涉濾光片操作的基本原理能夠在大而實用的范圍內相對簡單和精確地操縱濾光片光學特性。干涉濾光片技術成功的關鍵之一是制造方法的多功能性，這使得能夠為許多應用生產種類繁多的濾光片。一旦通過計算機建模和模擬測試確定了設計細節(jié)，在某些情況下，可以通過制造變化來生產不同的過濾器，就像將不同的源材料加載到真空鍍膜系統(tǒng)中并重新編程鍍膜參數(shù)一樣簡單。