波長選擇器：光電檢測應(yīng)用的利器

波長選擇器，即單色儀，是一種能夠自動調(diào)節(jié)或手動調(diào)節(jié)輸出波長的分光儀器。在光譜分析和光譜特性測量過程中，單色儀能輸出一系列獨立的、光譜區(qū)間足夠窄的單色光，且所輸出單色光的波長可以根據(jù)需要進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。

波長選擇器的原理是借助光柵、濾光片、聲光衍射等分光元件將復(fù)色光分成波長單一的光。濾波片型波長選擇器是利用干涉原理使特定光譜范圍的光通過，由多層濾光薄膜組成。光柵型波長選擇器利用光柵進(jìn)行分光，并記錄通過特殊狹縫的特定波長光波，從而實現(xiàn)對光的篩選作用。聲光可調(diào)諧濾波器是根據(jù)各向異性雙折射晶體聲光衍射原理而制成的一種新型分光器件，主要由聲光晶體，超聲換能器和聲吸收體構(gòu)成。不同種類的波長選擇器各有優(yōu)點，可以根據(jù)被測物質(zhì)的特性、調(diào)制范圍、帶寬調(diào)節(jié)精度等方面考慮選擇合適的波長選擇器。

對于設(shè)計高精密和準(zhǔn)確度的物質(zhì)分析過程來說，獲得單波長輻射是不可缺少的手段。借助波長選擇器，光譜測試系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地研究物質(zhì)的輻射特性、光與物質(zhì)的相互作用以及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。因此，波長選擇器適用于高校科研研究、食品質(zhì)量監(jiān)控、生物醫(yī)學(xué)研究、細(xì)胞分析、天體與空間物理觀測等多個領(lǐng)域。

波長選擇器原理

虹科波長選擇器是一種特殊的緊湊型分光設(shè)備，能夠自動或手動實現(xiàn)對光源的輸出中心波長或輸出帶寬的雙調(diào)節(jié)。實現(xiàn)雙調(diào)諧的關(guān)鍵是獨特的“TwinFilm”專利技術(shù)，兩個可調(diào)諧濾光片允許單獨進(jìn)行角度調(diào)節(jié)，這樣既可以實現(xiàn)中心波長的調(diào)節(jié)，也可以實現(xiàn)帶寬的調(diào)節(jié)。

與其他同類的波長調(diào)諧器相比，虹科波長選擇器有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。與AOTF相比，虹科波長選擇器在波長調(diào)節(jié)的過程中，無光軸偏移；與單色儀出口為狹縫相比，虹科波長選擇器的出口為直徑可達(dá)10mm的通光孔，且95%的區(qū)域為均勻出光。

TwinFilm專利技術(shù)

虹科波長選擇器具有優(yōu)異的性能，在255-1650 nm寬波段范圍下能夠?qū)崿F(xiàn)波長調(diào)諧，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)帶寬（3-15 nm）的平滑調(diào)節(jié)，在調(diào)諧過程中無光束偏差或偏離。最大直徑為10mm的圓形孔徑提供充分且均勻的出光，緊湊型的器件設(shè)計易于簡單易用的產(chǎn)品集成。虹科波長選擇器具有廣泛的應(yīng)用范圍和巨大的市場前景，可代替單色儀、AOTF等用于熒光顯微鏡、高光譜成像、生命科學(xué)儀器、機(jī)器視覺、實驗室研究、光源檢測、高光譜成像等多個領(lǐng)域。

波長選擇器應(yīng)用案例

1. 虹科可調(diào)諧光譜測試解決方案

虹科可調(diào)諧光譜測試解決方案是一個自組裝的完整可調(diào)諧光譜測試系統(tǒng)，如上圖所示。核心部件包括Migthy light光源、FWS-mono波長選擇器和SP光纖光譜儀三大部分，其余配件包括準(zhǔn)直管、平板電腦（用于軟件控制和光譜探測分析）、光纖、控制軟件、電源適配器。

Migthy Light是一款緊湊型的白光光源，光譜范圍350~2500nm，具有獨特的低噪聲輸出，輸出功率可達(dá)2W。

FWS-mono波長選擇器是款基于專利的TwinFilm?技術(shù)的可調(diào)波長選擇器，能夠?qū)崿F(xiàn)波長和帶寬的雙調(diào)諧，通過USB接口傳輸控制，具有消光和優(yōu)秀的傳輸性能。其中心波長調(diào)節(jié)范圍可寬至~500nm，帶寬調(diào)節(jié)范圍3~15nm。

SP微型陣列光譜儀具有最先進(jìn)的探測性能和緊湊的外形尺寸，探測范圍可覆蓋200-1050 nm，信噪比高，是紫外線/VIS/近紅外光譜分析的理想選擇

虹科可調(diào)諧光譜測試解決方案能夠自動化地進(jìn)行不同波長的光譜測試，可用于實驗室光譜研究、光源探測、機(jī)器視覺、高精度物理化學(xué)實驗。Migthy Light光源能夠輸出350~2500nm的光，通過預(yù)對準(zhǔn)固定件將光輸出進(jìn)行均勻化和準(zhǔn)直，準(zhǔn)直光與FWS波長選擇器組合，生成可調(diào)諧的單色光，并照射待測物質(zhì)。SP光譜儀探測與物質(zhì)產(chǎn)生作用的光，生成光譜圖，進(jìn)行光譜分析。

2. 高光譜成像

FWS聚合物可以有效地應(yīng)用于成像檢測領(lǐng)域。通過多種配件和各種成像儀器（如相機(jī)、鏡頭）的組合，可以根據(jù)目標(biāo)尺寸實現(xiàn)宏觀和微觀高光譜成像。

此外，它還可以連接到商用熒光顯微鏡，以執(zhí)行高光譜成像。通過連接到顯微鏡的發(fā)射端口，在高光譜成像期間同時監(jiān)測發(fā)射強度和寬場光譜圖像。

整個目標(biāo)的圖像（1）、亮場圖像（2）和用三種不同波長獲得的高光譜圖像（3-5）

3. 顯微鏡高光譜成像

柔性波長選擇器FWS）是一種用于照明和成像的新型可調(diào)諧濾波器，可以與商業(yè)顯微鏡和研究相機(jī)一起使用，以建立光譜成像設(shè)置。光源作為激發(fā)光源，物體經(jīng)顯微鏡后激發(fā)熒光，用發(fā)射濾光片濾除激光后，熒光信號經(jīng)波長選擇器調(diào)制選擇波長，成像在CCD上，CCD獲取的是特定波長下的熒光圖像

用Alexa 488 Phalloidin FWS染色的BPAE細(xì)胞的寬場光譜圖像，在a）500 nm、b）520 nm和c）550 nm周圍進(jìn)行了調(diào)整。比例尺：5 mm

Alexa 488的發(fā)射光譜?；疑珬l定量表示熒光。排放比為0.3:1:0.4（從左到右）

從上圖可以看出，當(dāng)發(fā)射范圍設(shè)置為520nm時，可以獲得最佳圖像。通過使用靈活波長選擇器（FWS），可以找到熒光檢測的最佳波長范圍。此外，F(xiàn)WS可用于將普通商業(yè)熒光顯微鏡轉(zhuǎn)換為光譜成像顯微鏡

4. 生物熒光顯微成像

任何顯微光源，如激光器、鹵素?zé)?、汞燈、連續(xù)光源和等離子光源，均可用于FWS選擇器。發(fā)射波長和激發(fā)波長的選擇都可通過FWS選擇器實現(xiàn)。

波長選擇器與顯微鏡的組合

這些特性對于多重標(biāo)記的多色熒光成像非常有用。在用不同的熒光團(tuán)標(biāo)記細(xì)胞的不同部分后，可以使用FWS選擇器進(jìn)行同時成像。下圖顯示了分別標(biāo)記有DAPI（細(xì)胞核）、CMFDA綠（胞漿）和線粒體深紅色FM（線粒體）的固定HeLa細(xì)胞的熒光圖像。無需三種濾波器組或單色儀耗時掃描，可使用FWS多邊形同時進(jìn)行三色成像。

使用不同染色劑標(biāo)定的HeLa細(xì)胞的熒光圖像

5. 偏振成像

光學(xué)檢測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的能力在藥物發(fā)現(xiàn)和醫(yī)學(xué)診斷中具有深遠(yuǎn)的重要性。它使我們能夠更好地理解分子和蛋白質(zhì)之間的相互作用。

當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)與其他分子相互作用時，它會改變形狀。手性等離子體傳感可用于利用這種特性與蛋白質(zhì)結(jié)合，特別是在血液中的疾病標(biāo)志物，以診斷患者。

Karimullah博士利用這項技術(shù)創(chuàng)造一種新的叫做手性等離子體分析(CPA)的技術(shù)，這種技術(shù)可以通過使用實驗室外的桌面儀器在一次測試中檢測多種疾病標(biāo)記物，從而實現(xiàn)快速的醫(yī)療診斷。該儀器需要快速的波長掃描，能夠在新型一次性等離子體傳感器上執(zhí)行成像偏振測量和反射率測量，。

FWS自動柔性波長選擇器是極偏振成像的優(yōu)秀組件，因為它們具有高功率傳輸，快速波長變化和銳利的窄帶單色輸出。使用FWS-Auto自定義構(gòu)建的偏振成像系統(tǒng)，Karimullah博士可以在不到5分鐘的時間內(nèi)對傳感器芯片進(jìn)行偏振測量，從涂有各種蛋白質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)上提供二維表面的偏振測量數(shù)據(jù)，這使得CPAs能夠檢測傳感器上方空間定位的不同蛋白質(zhì)的多重相互作用。

用于生物傳感的多個納米結(jié)構(gòu)陣列的高光譜測量

6. 光源準(zhǔn)直

對于一些寬譜白光光源來說，輸出光譜的單色性和準(zhǔn)直性較差?？梢允褂肍WS波長選擇器對輸出光源進(jìn)行準(zhǔn)直校準(zhǔn)。從數(shù)據(jù)可以看出，校準(zhǔn)后的輸出光具有很好的準(zhǔn)直性和光聚集性。

波長選擇器對光源的準(zhǔn)直效果

審核編輯黃昊宇