近紅外光以其獨特的組織穿透能力和對關(guān)鍵生物分子（如血紅蛋白）的光譜敏感性，已成為現代生物醫療診斷與治療不可或缺的工具。在寬譜近紅外成像（如組織血氧分布監測）和980nm激光治療這兩大核心應用中，濾光片扮演著(zhù)至關(guān)重要的“光譜守門(mén)人”角色，其性能直接決定了系統的精準度、靈敏度和安全性。

（圖源網(wǎng)絡(luò )，侵刪）

一、寬譜近紅外成像：揭示組織深處的奧秘

寬譜近紅外成像（通常覆蓋650-950nm）的核心目標是捕獲組織內部因吸收和散射特性變化而產(chǎn)生的微弱光學(xué)信號，并將其轉化為有價(jià)值的生理信息圖，如血氧飽和度分布圖。

核心挑戰：

強激發(fā)光干擾： 用于照亮組織的激發(fā)光源（通常是LED或激光）強度遠高于組織返回的微弱信號。

自體熒光與環(huán)境雜光： 組織自身可能產(chǎn)生熒光，環(huán)境光也會(huì )侵入系統。

多波長(cháng)分離需求： 血氧監測等應用需要精確分離多個(gè)特征波長(cháng)（如730nm,810nm,850nm）的信號。

（BP850帶通濾光片）

關(guān)鍵濾光片及其作用：

激發(fā)濾光片：

類(lèi)型： 窄帶通濾光片。

位置： 緊貼光源前方。

作用： 精確篩選出所需波長(cháng)的激發(fā)光（如特定LED的峰值波長(cháng)），去除光源光譜中不需要的成分（尤其是有害的紫外光和可見(jiàn)光），保證激發(fā)光的純凈性。帶寬通常在10-30nm（FWHM），具體取決于應用對光譜分辨率和光通量的要求。

發(fā)射濾光片：

類(lèi)型： 長(cháng)波通濾光片、帶通濾光片（窄帶或寬帶）。

位置： 探測器（如CCD、CMOS相機）前方。

作用： 這是成像系統的核心“守門(mén)員”。

阻擋激發(fā)光： 最核心的任務(wù)是極其高效地阻擋（OD4-6） 激發(fā)波長(cháng)及其附近的雜散光，防止其淹沒(méi)微弱的組織反射/散射信號。

透過(guò)信號光： 允許目標信號波段（如>750nm的組織反射光或特定熒光波長(cháng)）高效透過(guò)。

多通道應用： 在需要多波長(cháng)成像（如血氧雙波長(cháng)或多波長(cháng)成像）時(shí)，會(huì )使用濾光片輪或可切換濾光片，依次在探測器前放置不同中心波長(cháng)的帶通濾光片（帶寬可能為20-50nm），以分離不同波長(cháng)的信號。

（LP780長(cháng)波通濾光片）

二向色鏡：

類(lèi)型： 邊緣陡峭的長(cháng)波通二向色鏡。

位置： 光路中激發(fā)光路和探測光路的交叉點(diǎn)（通常呈45度角放置）。

作用： 物理分離激發(fā)光和發(fā)射光路。 它以高反射率（>95%）反射激發(fā)光，使其照射到樣品；同時(shí)以高透射率（>90%）透過(guò)樣品返回的長(cháng)波長(cháng)信號光，使其進(jìn)入探測器。其截止邊緣的陡峭度對系統信噪比至關(guān)重要。

（透紅反綠二向色鏡）

長(cháng)波通濾光片：

位置： 有時(shí)作為發(fā)射濾光片的一部分或補充，放置在探測器前。

作用： 在寬譜成像中，用于整體去除所有低于特定波長(cháng)（如700nm）的光，包括殘余的激發(fā)光和大部分可見(jiàn)光背景噪聲，只允許近紅外及更長(cháng)波長(cháng)的信號通過(guò)。這對提升信噪比非常有效。

二、980nm激光治療窗口：安全高效的保障

980nm激光因其在組織中的吸收特性（水吸收峰附近）和一定的穿透深度，被廣泛用于軟組織消融、血管閉合、理療等治療領(lǐng)域。在激光治療系統中，濾光片主要用于保護成像或導航設備。

（BP980帶通濾光片）

核心挑戰：

極強的治療激光： 980nm治療激光功率可達數十瓦，遠超成像探測器的飽和閾值。

防止探測器損傷： 直接照射會(huì )瞬間損壞昂貴的成像傳感器（CCD/CMOS）。

確保導航/監控圖像清晰： 在需要實(shí)時(shí)成像引導治療時(shí)（如內窺鏡激光手術(shù)），必須完全濾除治療激光的干擾，保證導航圖像的清晰度和準確性。

關(guān)鍵濾光片及其作用：

窄帶通（陷波）濾光片：

類(lèi)型： 這是最核心、要求最高的濾光片。

位置： 緊貼在成像探測器前方。

作用：極致阻擋980nm激光： 在980nm±5-10nm范圍內，需要達到極高的光學(xué)密度（OD6-8+），意味著(zhù)將入射的激光能量衰減到億分之一至千萬(wàn)分之一以下，絕對保護探測器不被燒毀。

高透射成像波段： 在治療激光阻擋帶之外（通常是可見(jiàn)光或特定的近紅外監控波段，如可見(jiàn)光區域或810nm監控光），保持高透射率（>85-90%），確保導航/監控圖像足夠明亮清晰。

技術(shù)關(guān)鍵： 深阻擋深度、窄阻擋帶寬（以最小化對鄰近有用成像波段的影響）、高帶外透過(guò)率、良好的角度穩定性（尤其在廣角鏡頭中）。

帶通濾光片：

位置： 在特定系統中，可能作為窄帶通濾光片的補充或替代方案。

作用： 如果導航/監控使用特定波長(cháng)（如810nm），可以使用中心波長(cháng)在810nm、帶寬適當的帶通濾光片。它本身對980nm就有一定的天然阻擋能力（取決于其帶外抑制性能），但通常不如專(zhuān)門(mén)針對980nm優(yōu)化的陷波濾光片阻擋得徹底。對于高功率980nm激光，通常仍需專(zhuān)門(mén)的高OD阻擋設計。

其他考慮：

熱效應： 高功率激光照射濾光片時(shí)會(huì )產(chǎn)生熱量，需要選擇熱穩定性好、不易破裂或性能退化的基材和鍍膜材料，有時(shí)需要主動(dòng)冷卻。

激光防護眼鏡： 操作人員佩戴的防護眼鏡也包含針對980nm激光的高OD阻擋濾光片，保護人眼安全。

在生物醫療光學(xué)的前沿應用——寬譜近紅外功能成像和980nm激光治療中，濾光片絕非簡(jiǎn)單的光學(xué)元件。它們是實(shí)現高靈敏度探測、高特異性識別和高安全保障的關(guān)鍵技術(shù)基石：

寬譜成像： 通過(guò)激發(fā)濾光片、發(fā)射濾光片、二向色鏡、長(cháng)波通濾光片的精密組合，構建純凈的光路，從強背景噪聲中提取微弱的生理信號。

980nm激光治療： 依賴(lài)于高性能的窄帶通（陷波）濾光片，在保護昂貴成像設備的同時(shí)，確保治療過(guò)程的可視化引導安全可靠。

隨著(zhù)生物光子學(xué)向更高分辨率、更深穿透、多模態(tài)融合方向發(fā)展，對濾光片的要求也日益嚴苛：更窄的帶寬、更陡的邊沿、更高的透過(guò)率、更深的阻擋、更強的環(huán)境耐受性。濾光片技術(shù)的持續創(chuàng )新，將繼續為解鎖生命奧秘、提升醫療水平提供強大的光譜“守護”力量。

未來(lái)趨勢： 可調諧濾光片、超窄帶濾光片、具備更優(yōu)熱性能和損傷閾值的濾光片、以及集成化微型化的濾光解決方案（如MEMS濾光器），將是滿(mǎn)足下一代生物醫療光學(xué)設備需求的關(guān)鍵方向。