为什么定制滤光片不必是昂贵的滤光片

滤光片可用于多种应用，例如荧光显微镜、流式细胞术、即时诊断、拉曼光谱和光学相干断层扫描。本博客探讨了在仪器中实施定制滤光片的成本驱动因素，以揭穿定制必然意味着昂贵的神话。

由 Toby Scrivener 撰写, 由 Elizabeth Bernhardt 编辑。

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我们将讨论以下主题：

• 介绍定制产品相对于目录产品的特点
• 成本驱动因素：高、中、低
• 为何与 Semrock 合作

介绍

您刚刚完成了新的产品设计，并且原型可以正常工作！问题是什么？这是一个巨大的桌面，上面堆满了杂乱的目录光学器件，中间有巨大的未使用空间。通过使用专为您的仪器和工艺设计的定制滤光片，您可以：

• 减小系统的大小
• 降低成本
• 降低复杂性
• 保护您的供应链

我们讨论滤光片规格、成本驱动因素以及您应该探索定制滤光片作为额外的经济选项的原因。

主要成本和协作方法

在 IDEX Health & Science，我们的使命是通过合作伙伴关系为客户提供帮助。作为规范工程师，我们指导项目从概念到生产、处理系统升级并适应非标准包装。我们的重点始终是为您的特定需求寻找量身定制的方案。优化应用性能规格并同时降低成本的迭代过程需要来自各个团队的投入，包括客户、销售工程师、光学工程师、质量和物流。

图 1 – 光学复杂响应会增加镀膜厚度，从而增加成本。

如图 1 所示，我们的团队可以将某些规格分为高、中、低成本驱动因素。在本文中，我们将更详细地探讨这些规格和成本驱动因素。

高成本驱动因素

AOI 和 CHA

• 入射角 (AOI)：这是准直光束相对于表面法线入射到滤光片上的角度，如图 2 的前两个面板所示。
• 锥半角 (CHA)：指与非准直入射光束相关的角度范围，如图 2 的第三和第四面板所示。
• 更改入射光的 AOI 或 CHA 会影响滤光片的光谱响应。

图 2 – 入射角 (AOI) 和锥半角 (CHA) 之间的差异。

在讨论滤光片要求时，区分锥半角 (CHA)和入射角 (AOI)至关重要。指定 AOI 范围并不等同于指定具有相同 CHA 值的滤光片。

例如，将 LL01-785 视为测试对象。当我们调整入射光的预期 AOI 时（图 3），随着 AOI 从 0° 增加，MaxLine 激光消杂滤光片的整体光谱性能保持相对不变，而不是像角度调整所预期的那样转变为蓝色。然而，随着 CHA 的增加，性能会快下降。克服这种影响需要不同的设计方法。

图 3 – 在此 MaxLine 激光线滤镜上，不同 AOI 的效果与不同 CHA 的效果不同。;

图 4（下图）说明了使用并非为大型 CHA 设计的标准目录滤光片的后果。期望的性能（绿色）与实现的性能（红色）显着不同。相比之下，为 CHA 设计的定制滤光片（图 4）显示出改进的带外阻挡和边缘陡度。

图 4（上图）——与对高 CHA 具有高耐受性的定制设计滤光片相比，不考虑 CHA 的标准滤光片显示透过性能降低。绿色曲线是 CHA 0°。红色曲线是CHA 25°。

这里，高 CHA 将被视为在 0° AOI 时高于 20°，或在 45° AOI 时>2°。

图 5 – 当使用定制滤光片补偿 CHA 时，带外阻塞和边缘陡度得到改善。

边缘陡度/过渡宽度

• 边缘陡度: 指滤光片上从阻挡过渡到透射的波长点。
• 过渡宽度: 该术语描述激光线（其中光密度 OD 大于 6）和 50% 透过点之间的大距离。
• 过渡宽度和边缘陡度相关但不能互换。 边缘陡度专门测量 OD>6 末端与 50% 传输点之间的距离。

实现更陡峭的边缘需要添加更多镀膜，这会增加成本和生产时间。

图 6 – 过渡宽度和边缘陡度之间的差异

波长范围

• 光谱范围: 您需要设计的滤光片的范围（蓝到红的波长，例如从 200 nm 到 2000 nm）会显着影响成本。达到该范围可能会增加涂层费用。
• 紫外线: 在紫外线下工作需要别的基材和较慢的沉积速率，从而导致生产时间更长。
• 红外范围: 对于红外 (IR) 范围，我们使用与可见光范围相同的材料，但要实现相同的光谱性能需要更厚的涂层。从 600 nm 到 1200 nm 所需的层厚度加倍。

图 7 – 设计特征的光谱区域具有不同的相关成本。

中等成本驱动因素

平整度要求

平面度 是指部件表面与全平坦的参考平面的偏差。这对于维持光束形状或图像质量至关重要的应用至关重要。反射波前误差 (RWE) 测量反射波前与好波前的偏差程度。

• 在正入射角下，平坦度和 RWE 的相关系数为 2。
• 在非垂直入射时，该关系取决于入射角。

如果您设计的滤光片具有严格的平整度要求，我们会使用应力补偿涂层。这种镀膜平衡力以保持平整度，但由于涂层室时间较长而增加了成本。较厚的基材可以通过使用应力补偿涂层所需的层数来帮助降低成本。

图 8 – 当光学设计没有应力补偿光学镀膜时的 RWE 示例。

扩展阻止/更深层次阻挡

我们分析客户的系统要求，以推荐具有成本效益的阻挡方案。通常，客户会要求超出其感兴趣区域的高的阻挡。通过采用阶梯式方法并考虑光强度和探测器灵敏度，我们可以显着降低成本，如图 9 所示。

图 9 – 平衡 OD 方法（左）比扩展阻挡方法节省成本。

零件尺寸（面积）

有时，滤光片尺寸可能是降低成本的简单方法。较小的滤光片通常比较大的过滤器成本更低，尤其是在大批量生产时。然而，很小的零件（5 毫米以下）给制造、搬运和包装带来了挑战。较大的零件制造起来可能会更复杂，而且成本并不总是线性增长。在设计阶段，我们会针对您的应用的好的滤光片的尺寸提供咨询建议。

低成本驱动因素

表面度规格

划痕和麻点

所有光学镀膜无论是如何制造的，都存在外观缺陷。有许多要求可以被视为外观规范。更重要的规范之一是 Scratch-Dig。我们依赖美国国家标准协会 (ANSI) 制定的标准 ANSI/OEOSC OP1.002-2009 中包含的定义和检查工艺。

1. 划痕和麻点 (S/D):
• 划痕: 由光学表面上的标记或撕裂造成的长缺陷。它具有 V 形凹槽轮廓，尺寸明显长于宽度。客户指定滤光片通光孔径 (CA) 内的大允许划痕宽度（例如，“60”指定允许宽度大为 60 微米）。
• 麻点: 圆形或不规则的孔（针孔），包括磨坑和开放的夹带气泡。坑的特征在于其实际直径（以 10 微米为单位指定）。客户在 CA 内设置大允许麻点直径（例如，“40”指定允许大 400 微米直径）。
• 检查由 ANSI 标准定义。它涉及在黑色背景下使用 40 瓦白炽灯或两个 15 瓦荧光灯，以 45° 入射角通过肉眼将滤光片与比较标准进行比较。
• S/D 规范中仅包含通光孔径内的外观缺陷。每种类型允许有多个缺陷，可达 ANSI 标准定义的一定数量。
2. 边缘芯片和通光孔径
• 切割零件时，由于镀膜脱落，可能会出现边缘碎裂。
• Semrock 的标准规定边缘碎片距离零件边缘的距离不得超过 0.5 毫米，但也可根据要求提供其他规格。

图 10 – CA 必须限制为外部尺寸减去边缘芯片规格的 2 倍。

边缘涂黑和零件标记  

边缘涂黑 可防止或减少通过无外壳部件边缘的漏光。通常小批量手工完成，这个过程可能成本高昂。然而，它可能不适合很小的零件。

对于标准尺寸（25 mm⌀ 或 12.5 mm⌀）的目录零件，可以使用铝环外壳。这些环可以用激光标记自定义文本和指示光传播方向的箭头。或者，对于不适合外壳环的部件，手写文本或插入符号也可以达到相同的目的。

更严格的外观规格会降低产量，从而影响成本，但可根据要求提供。

Figure 11 – The options for part marking are numerous.

非标基材

如果您的滤光片需要非标准基材，则可能需要额外的基材抛光来平衡抛光台。如果没有这一点，就不可能达到目标规格，从而导致成本和交货时间增加。

图 12 – 需要多个基材来平衡抛光过程。

AR（第二面涂层）

在基板的一侧涂上增透膜会增加制造滤光片的成本。然而，由于这些涂层比主要光学涂层更薄，因此它们的涂覆时间更短，从而使其成为低成本因素。

其他考虑因素

我们可以考虑其他重要的品质和规格，例如 GDD 补偿、零像素偏移和偏振规格。与您的销售代表讨论您的应用程序的重要注意事项。

为何与 Semrock 合作？

IDEX Health & Science 的 Semrock 滤光片 将好的离子束溅射系统与专有的沉积控制工艺、预测算法和批量制造相结合，树立了行业标准。这为生物工艺和分析仪器带来了好的性能。

客户满意度: 我们的团队不断改进供应链管理和制造流程，严格的文档记录、修订控制和可追溯性。我们维持库存水平以达到交付目标。

灵活的交付: 我们提供达到严格规格的滤光片，可通过一揽子订单、采购合同或准时交付来提供。我们的产品达到应用，包括：

• 荧光滤光片
• 拉曼光谱滤光片
• 可调谐带通滤光片
• 深陷波滤光片
• 激光线消杂滤光片
• 激光二极管净化滤光片
• 用于组合或分离激光束的滤光片
• 用于隔离汞灯线路的滤光片
• 偏振滤光片
• 色散控制镀膜设计
• 激光反射镜

定制方案: 我们的特点包括:

• 波长功能范围为 230 nm 至 2000 nm
• 每月数万个零件的生产能力
• 专有光谱测量系统（例如 KolaDeep）可测量 OD8+。
• 尺寸从 0.5 毫米厚玻璃上的 1 平方毫米到 200 毫米
• 光谱复杂的定制设计（例如 LED 优化滤光片）
• 定制尺寸（圆形、方形、矩形）
• 滤光片上激光雕刻，易于识别和存储

好的制造: 我们的设施在洁净室环境中使用好的镀膜室，通过薄膜溅射来实现对的、牢靠的光学层。我们的专有工艺和光学监控工艺可实现大批量生产。

性能: Semrock 滤光片提供高的透过率规格，即使在紫外波长下也能实现更好的对比度和更快的测量。它们具有大传输率、优化阻塞和陡峭边缘，可实现市场好的性能。

持久性: Semrock 光学滤光片可抵抗湿度和温度引起的退化，并提供 10 年保修。它们符合或超过 MIL-STD-810F、MIL-C-48497A、MIL-C-675C 和 ISO 9022-2 标准，降低更换成本并牢靠性，退货率仅为 0.3%（行业标准为 1%） 。

自定义滤光片

为什么选择 SEMROCK 定制光学器件？

Semrock 目录零件因其性能而享誉世界，我们提供定制尺寸零件作为标准服务。那么，为什么要改用定制零件呢？以下是四个原因：

1. 减小系统尺寸: 根据您的规格设计的定制光学器件可以更紧凑地安装，从而使您能够创建占地面积更小的仪器或在同一空间中安装更多光学器件。
2. 降低成本: 通过咨询所需规格并考虑成本驱动因素，我们可以使定制过滤器与标准目录零件一样经济实惠。
3. 降低复杂性: 根据您的光学要求定制的滤光片可以减少所需滤光片的数量，增加性能并创建优化的光束路径。
4. 保护您的供应链: 具有长期合同的定制滤光片可达到您的零件始终符合规格，避免因目录零件更改而出现问题。在对我们的涂层设施进行更改时，我们都会考虑您的需求。

无论是哪一批，我们的滤光片都能保持好的光谱特性。 OEM 客户可以信赖安全牢靠的供应线，如图 13 中 40 次不同涂层运行中相同滤光片的可重复性能所示。

图 13：在不同的涂层室和设施位置进行了 40 次涂层运行，证明了可重复性和牢靠性。

如果你想：

• 减小系统的大小
• 降低成本
• 降低复杂性
• 保护您的供应链

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