コレクション: 355nm (Nd:YAG 3次高調波) バンドパス フィルター

さまざまなシナリオにおける355nm波長フィルタの構成と選択

この技術ガイドでは、実際の使用事例から得られた重要なパフォーマンス パラメータに焦点を当て、355nm 紫外線 (UV) アプリケーションのフィルタ構成戦略と選択の根拠について説明します。

1. 精密レーザー微細加工用フィルタ構成

355nm UV レーザーを使用した半導体ウェーハのダイシングとガラスのマイクロドリリングでは、フィルターは次の 2 つの主要な課題に対処する必要があります。

1. 高調波分離Nd:YAGレーザーは1064nmの基本波長を生成し、周波数逓倍により532nmと355nmの波長を生成します。処理精度の低下を防ぐため、フィルターで残留高調波光を除去する必要があります。
2. 光学部品の保護: 355nm レーザーの高エネルギー密度 (例: 8W 出力で最大 mJ レベルのパルス エネルギー) では、フィルターが損傷を受けることなく長期の照射に耐える必要があります。

一般的な構成パラメータ

• バンドパスフィルタ：
• 中心波長：355nm
• 半値全幅（FWHM）：≤5nm
• 通過帯域透過率: >85%
• ストップバンド光学密度（OD）：>5（1064nmと532nmをカバー）
• 材料の選択：
• 基板：イオンビームスパッタリング（IBS）多層コーティングを施した溶融シリカ
• 損傷閾値: >0.5J/cm² (10nsパルス幅)、従来の蒸着コーティングの0.1J/cm²よりも大幅に高い
• 設計上の考慮事項：
• 位相整合反射の最適化により、UV帯域でのフィルム吸収による熱影響を最小限に抑えます。
• 反射防止コーティングにより表面反射を0.2%未満に低減し、迷光を抑制

選択理由

• 狭帯域幅設計: スペクトルの広がり (例: 誘導ブリルアン散乱による ±2nm の変動) を抑制し、焦点スポット サイズを 5μm 以内に維持します。
• 高い損傷閾値要件半導体ウェーハのダイシングでは、レーザーエネルギー密度が10～20J/cm²に達することがよくあります。希土類元素を共添加したフッ化カルシウム（Y³⁺/La³⁺）を使用したフィルターは、最大29.8J/cm²の損傷閾値を実現します。
• UV透過性: 基質材料は、基礎吸収によるエネルギー損失を避けるために、200～400nmの範囲で90%を超える透過率を示す必要があります。

2. 蛍光顕微鏡画像撮影のためのフィルター構成

細胞の蛍光標識（例：DAPI 染色細胞核）では、355 nm フィルターは次の条件を満たす必要があります。

1. 励起光浄化: 355nm の主波長を迷光 (例: 405nm の励起漏れ) から分離します。
2. 信号とノイズの分離: 蛍光信号(例: 495nm 発光)を効率的に伝達しながら、発光端で励起光を遮断します。

一般的な構成パラメータ

• 励起フィルター：
• バンドパス: 355±5nm、FWHM 10～20nm
• 通過帯域透過率: >90%、阻止帯域OD: >6 (400～700nm のカバレッジ)
• 排出フィルター：
• ロングパス: 450nm、遷移バンド幅 <20nm
• 通過帯域透過率: >85% (450–700nm)、阻止帯域OD: >5 (300–420nm)
• ダイクロイックミラー：
• 45°入射：355nmを95%以上の反射率で反射し、450～700nmを90%以上の透過率で透過します。
• IBSコーティング技術により、急峻なカットオフ（勾配>50%/nm）を実現

選択理由

• 広い励起帯域幅: 蛍光色素のスペクトル広がりに対応し (例: DAPI 励起ピーク 358 nm、FWHM 20 nm)、90% を超える励起効率を保証します。
• ディープストップバンド設計: 検出器信号における励起光干渉を排除するために、発光フィルターには 355nm で OD >6 (透過率 <0.0001%) が必要です。
• 反射防止コーティングUV 反射防止フィルムは表面反射を 0.1% 未満に低減し、多重光反射によるゴースト画像アーティファクトを最小限に抑えます。

3. アプリケーション間の普遍的な選択原則

1. スペクトルマッチングの優先順位：

• 光源のスペクトル安定性 (例: ±1nm のレーザー波長ドリフト) と検出器の応答範囲 (例: 350～1100nm に感度のあるシリコン検出器) に基づいて中心波長と帯域幅を調整します。

1. 環境適応性：

• 工業用途では耐油性および耐紫外線性ハードコーティングが必要であり、生物医学用途では非蛍光性背景材料が求められます。

1. システムレベルの最適化：

• レーザー処理: ビーム エクスパンダーと集束レンズを使用してフィルターの分散特性を一致させます。
• 蛍光イメージング: フィルター セット内の累積 OD 効果を考慮します (合計 OD ≥ 個々の OD の合計)。

これらの構成ガイドラインに従うことで、フィルターは 355nm アプリケーションでスペクトル選択、エネルギー調整、ノイズ抑制を効果的に管理し、ミクロン規模の材料処理から単一分子の蛍光検出までの厳しい要件を満たすことができます。