Leitfaden zur Auswahl von 785-nm-Wellenlängenfiltern für Raman-Spektroskopie und LiDAR-Systeme
Dieser Leitfaden enthält technische Spezifikationen für die Auswahl von 785-nm-Bandpassfiltern, die auf zwei wichtige Anwendungen zugeschnitten sind, und erläutert Konfigurationsgründe und Problemlösungsmechanismen ohne Empfehlungen des Anbieters.
1. Raman-Spektroskopie-Analysesysteme
Bewerbungsvoraussetzungen
In der Raman-Spektroskopie werden 785-nm-Laser zur Anregung von Proben eingesetzt, wodurch Raman-Streusignale erzeugt werden. Da die Intensität der Rayleigh-Streuung 10^6- bis 10^8-mal stärker ist als die von Raman-Signalen, müssen Filter Anregungs- und Streulicht effizient trennen und gleichzeitig eine hohe Transmission für Raman-Signale (Wellenlängen > 785 nm) gewährleisten, um eine Maskierung von Merkmalsspitzen durch Hintergrundrauschen zu verhindern.
Filterkonfigurationsschema
Optischer Anregungspfad: 785 nm Schmalbandpassfilter
Zentrale Wellenlänge: 785±1nm
- Halbwertsbreite (FWHM): ≤5nm
Spitzendurchlässigkeit: ≥90%
- Sperrtiefe: OD ≥5 (Bereich 200–1200 nm)
- Auswahlbegründung:Die schmale Bandbreite entspricht genau den typischen Laserlinienbreiten (≈0,1 nm), während die hohe Sperrtiefe Streulaserlicht unterdrückt und so verhindert, dass Anregungslichtlecks die Erkennung beeinträchtigen.
Optischer Detektionspfad: Kombination aus Langpassfilter und Kerbfilter
Grenzwellenlänge: 780 nm
- Übergangsbandbreite: ≤0,2 % (zB LP01-780RU/S-25-Serie)
- Sperrtiefe: OD ≥6 (unter 780 nm)
Zentrale Wellenlänge: 785 nm
Bandbreite: 9 nm
- Blockiertiefe: OD ≥9
- Out-of-Band-Durchlässigkeit: ≥90 %
- Synergistische WirkungDer Langpassfilter blockiert >90 % der Rayleigh-Streuung, während der Sperrfilter das restliche Anregungslicht zusätzlich unterdrückt. Zusammen reduzieren sie das Hintergrundrauschen auf <10⁻⁹ der ursprünglichen Intensität und verbessern so das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) deutlich.
Gelöste Schlüsselprobleme
- Signalüberwältigend:Das zweistufige Filterdesign reduziert die Anregungslichtinterferenz um das \(10^6\)-fache auf ein vernachlässigbares Niveau und ermöglicht so eine klare Visualisierung der charakteristischen Raman-Spitzen (z. B. 50–4000 cm⁻¹ Fingerabdruckbereich).
- WellenlängenselektivitätDer Schmalbandpassfilter sorgt dafür, dass nur ein 785-nm-Laser die Probe bestrahlt, wodurch Fluoreszenzstörungen durch andere Wellenlängen vermieden werden. Der Langpassfilter überträgt Raman-Signale präzise und blockiert gleichzeitig UV- und sichtbares Hintergrundlicht.
2. Lichterkennungs- und Entfernungsmesssysteme (LiDAR)
Bewerbungsvoraussetzungen
In 785-nm-LiDAR-Systemen müssen Filter eine effiziente Lasersignalübertragung und Umgebungslichtunterdrückung ermöglichen. Diese Wellenlänge eignet sich ideal für Szenarien mit geringem Augenrisiko, wie z. B. die Navigation in Innenräumen und die Nahbereichserkennung in Servicerobotern und industriellen Automatisierungsgeräten.
Filterkonfigurationsschema
Senderseite: Bandpassfilter mit hoher Transmission
Zentrale Wellenlänge: 785±2nm
Bandbreite: 8 ± 2 nm
Spitzendurchlässigkeit: ≥95%
- Winkelreaktion: ≤±0,5 nm (0–45° Einfallswinkel)
- AuswahlbegründungDie schmale Bandbreite minimiert die spektrale Verbreiterung der Laserpulse, während die hohe Transmission einen Leistungsverlust von <5 % gewährleistet. Die Winkelstabilität garantiert eine Wellenlängenverschiebung von ±0,5 nm über alle Einfallswinkel hinweg und gewährleistet so eine gleichbleibende Entfernungsgenauigkeit.
Empfängerseite: Ultraschmaler Bandpassfilter + Bandsperrfilter
- Ultraschmaler Bandpassfilter:
Bandbreite: ≤4 nm
- Sperrtiefe: OD ≥6 (außerhalb 785±10nm)
Thermischer Driftkoeffizient: ≤0,07 nm/℃
Unterdrückungsband: 900–1100 nm
- Sperrtiefe: OD ≥5 (deckt die wichtigsten Nahinfrarotkomponenten des Sonnenspektrums ab)
- Synergistische WirkungDer ultraschmale Bandpassfilter lässt nur 785-nm-Echosignale durch, während der Bandsperrfilter starke Infrarotstörungen (z. B. 940-nm-Umgebungslicht) blockiert. Zusammen gewährleisten sie eine Signalreinheit von über 99 % bei einer Beleuchtungsstärke von 1000 Lux.
Gelöste Schlüsselprobleme
- Umgebungslichtstörungen:Das zweistufige Filterdesign reduziert Umgebungsgeräusche auf <0,1 % der Signalintensität und verdreifacht so die Erfassungsreichweite in Umgebungen mit viel Licht.
- Wellenlängenstabilität: Die thermische Driftkompensation (passend zu VCSEL-Lasern) stellt sicher, dass das Filterdurchlassband der Laserwellenlängenverschiebung im Bereich von –40 °C bis 85 °C folgt und so eine temperaturbedingte Signalverschlechterung verhindert.
Grundlegende Auswahlprinzipien
- Priorität der spektralen Anpassung: Die zentrale Wellenlängenabweichung sollte ≤±1 nm von der Laserquelle betragen, mit einer Filterbandbreite <2× Laserlinienbreite, um Signalverlust oder Hintergrundlecks zu vermeiden.
- Quantifizierte Blockierungstiefe:Verwenden Sie OD ≥6-Filter für Raman-Systeme, um die Rayleigh-Streuung zu unterdrücken, und OD ≥5 für LiDAR, um Umgebungslicht zu blockieren.
- Dynamische Leistungsbetrachtung:Priorisieren Sie eine niedrige Winkelempfindlichkeit (Wellenlängenverschiebung ≤±1 nm bei 45° Einfallswinkel) und niedrige Wärmekoeffizienten (≤0,1 nm/℃) für vibrations-/temperaturempfindliche Umgebungen.
- Materialverträglichkeit:Wählen Sie Quarzglas oder UV-Glassubstrate mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten (≤0,5 ppm/℃), die einer Laserleistung von >100 mW langfristig ohne Beschädigung standhalten können.
Diese Konfiguration gewährleistet ein optimales Gleichgewicht zwischen Signalqualität und Systemstabilität für 785-nm-Anwendungen und erfüllt strenge Anforderungen in den Bereichen Forschung, industrielle Inspektion und Automatisierung.
