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拉曼光谱和激光雷达系统的 785nm 波长滤光片选择指南

本指南提供了针对两种关键应用选择 785nm 带通滤光片的技术规格，解释了配置原理和问题解决机制，但没有供应商建议。

1. 拉曼光谱分析系统

申请要求

在拉曼光谱分析中，785nm 激光用于激发样品，产生拉曼散射信号。由于瑞利散射强度比拉曼信号强 10^6-10^8 倍，因此滤光片必须有效分离激发光和散射光，同时确保拉曼信号（波长 >785nm）的高透射率，以防止背景噪声掩盖特征峰。

过滤器配置方案

激发光路：785nm窄带通滤光片

• 关键参数：

- 中心波长：785±1nm

- 半峰全宽（FWHM）：≤5nm

- 峰值透过率：≥90%

- 阻断深度：OD≥5（200–1200nm范围）

• 选择理由：窄带宽与典型的激光线宽（≈0.1nm）精确匹配，而高阻挡深度可抑制杂散激光，防止激发光泄漏干扰检测。

检测光路：长通滤光片+陷波滤光片组合

• 长通滤光片：

截止波长：780nm

- 过渡带宽：≤0.2%（例如，LP01-780RU/S-25系列）

- 阻断深度：OD≥6（780nm以下）

• 陷波滤波器：

- 中心波长：785nm

带宽：9nm

- 阻塞深度：OD≥9

- 带外透过率：≥90%

• 协同效应长通滤光片可阻挡 90% 以上的瑞利散射，而陷波滤光片则进一步抑制残留激发光。两者结合，可将背景噪声降低至原始强度的 10⁻⁹ 以下，显著提高信噪比 (SNR)。

解决的关键问题

• 信号过强：两级滤波设计将激发光干扰从\（10^6\）倍降低到可以忽略不计的水平，从而能够清晰地显示拉曼特征峰（例如，50–4000cm⁻¹指纹区域）。
• 波长选择性：窄带通滤光片确保仅785nm激光照射样品，避免其他波长的荧光干扰。长通滤光片精确传输拉曼信号，同时阻挡紫外/可见背景光。

2. 光探测和测距 (LiDAR) 系统

申请要求

在 785nm 激光雷达系统中，滤光片必须能够高效传输激光信号并抑制环境光。该波长非常适合低人眼安全风险场景，例如室内导航以及服务机器人和工业自动化设备中的近距离检测。

过滤器配置方案

发射机侧：高透射率带通滤波器

• 关键参数：

- 中心波长：785±2nm

带宽：8±2nm

- 峰值透过率：≥95%

- 角度响应：≤±0.5nm（0–45°入射）

• 选择理由窄带宽可最大程度地减少激光脉冲的光谱展宽，而高透射率则可确保功率损耗<5%。角度稳定性可确保所有入射角的波长偏移在±0.5nm以内，从而保持测距精度。

接收端：超窄带通滤波器+带阻滤波器

• 超窄带通滤波器：

- 带宽：≤4nm

- 阻断深度：OD≥6（785±10nm以外）

- 热漂移系数：≤0.07nm/℃

• 带阻滤波器：

- 抑制波段：900–1100nm

- 阻挡深度：OD≥5（覆盖太阳光谱的主要近红外成分）

• 协同效应：超窄带通滤光片仅允许 785nm 的回波信号，而带阻滤光片则可阻挡强红外干扰（例如 940nm 的环境光）。两者共同作用，在 1000lux 照度下仍能保持 >99% 的信号纯度。

解决的关键问题

• 环境光干扰:两级滤波设计将环境噪声降低至信号强度的 0.1% 以下，使高光环境下的检测范围增加三倍。
• 波长稳定性：热漂移补偿（匹配 VCSEL 激光器）确保滤波器通带在 –40℃ 至 85℃ 范围内跟踪激光波长漂移，防止温度引起的信号衰减。

核心选择原则

• 光谱匹配优先级：中心波长偏差应与激光源≤±1nm，滤波带宽<2×激光线宽，以避免信号丢失或背景泄漏。
• 量化阻塞深度：对于拉曼系统使用 OD ≥6 滤光片来抑制瑞利散射，对于 LiDAR 使用 OD ≥5 滤光片来阻挡环境光。
• 动态性能考虑:对于振动/温度敏感的环境，优先考虑低角度敏感度（45°入射时波长偏移≤±1nm）和低热系数（≤0.1nm/℃）。
• 材料兼容性：选用低膨胀系数（≤0.5ppm/℃）的熔融石英或紫外级玻璃基板，可长期承受>100mW的激光功率而不损坏。

这种配置可确保 785nm 应用的信号质量和系统稳定性之间的最佳平衡，满足研究、工业检测和自动化领域的严格要求。