光学滤光片

光学滤光片关键术语

在研究当今业界可用的制造技术和光学滤光片类型之前，先重要的是检阅与其相关的关键术语。所有的滤光片因为制造过程、某些入射光的通过、吸收和/或反射而各有不同，它们有着共同的光学参数。

中心波长

中心波长(CWL)通常用于表示带通滤光片的峰值透射率，或是陷波滤光片的峰值反射率。然而，这个术语常被误用 -CWL实际上定义为在峰值透射率为50%的波长之间的中点，称为半峰 全宽(FWHM)。干涉滤光片的峰值则通常不会位于波长中点。请参阅图1关于CWL和FWHM的说明。

带宽

带宽是一个波长范围，用于表示频谱通过入射能量穿过滤光片的特定部分。带宽又称为FWHM（图1）。

图 1: 中心波长和半峰全宽说明

截止范围

阻断范围是用于表示通过滤光片衰减的能量光谱区域的波长间隔（图2）。阻断程度通常会在光密度中。

图 2: 截止范围说明

光密度

光密度(OD)描述滤光片阻断规格，并且与穿过的能量透射量有关（方程式1–2）。高光密度值表示非常低的透射率，低光密度则表示高透射率。图3描述了三种不同的光密度：OD 1.0，OD 1.3和OD 1.5显示越高的OD值的透射率越低。

图 3: 光密度说明

二向色性滤光片

二向色性滤光片是用于取决于波长透射率或反射光的滤光片类型；特定波长范围透射的光则鉴于不同范围的光线反射或吸收（图4）。二向色性滤光片常用于长波通和短波通应用。

图 4: 二向色性滤光片镀膜说明

起始波长

起始波长是用于表示在长波通滤光片中透射率增加50%波长的术语。起始波长由图5中的λcut-on起始表示。

图 5: 起始波长说明

截止波长

截止波长是用于表示在短波通滤光片中透射率降低50%波长的术语。截止波长由图6中的λcut-off截止表示。

图 6: 截止波长说明

光学滤光片制造技术

吸收性和二向色性滤光片

范围广泛的可分成两大类：吸收性和二向色性。两者的区别不在于它过滤什么，而是如何滤光。吸收性滤光片的光线阻断以玻璃基片的吸收特性为基础。换句话说，被阻断的光线不会反射回滤光片；相反的，光线被它吸收且包含在滤光片内。在系统内多余的光线形成噪音的问题时，吸收性滤光片是理想的选择。吸收性滤光片也具有角度不敏感的额外功能；光线可从各种角度入射滤光片且滤光片将保持其透射和吸收特性。

相反的，二向色性滤光片的运作是反射多余的波长并透射所需的频谱部分。在一些应用中，这是一个需要的效果，因为光可以通过波长分开为两个来源。这可通过增加单层或多层不同折射指数的材料完成干涉光波性质来实现。在干涉滤光片，光从较低折射率材料的移动将反射高折射率材料；只有特定角度和波长的光将积极干涉传入光束并穿过材料，而其他所有的光线将相消干涉并反射材料（图7）。其他有关干扰的信息，请参阅“光学101：1级的理论基础”。

图 7: 在玻璃基片上交替的高与低指标材料的多层沉积

与吸收性滤光片不同，二向色性滤光片具有*的角度敏感。 当用于任何角度的设计用途之外时，二向色性滤光片无法满足初标示的透射率和波长规格。通过二向色性滤光片提高入射角将使它移向较短的波长（即对蓝波长）；降低角度则会移向较长的波长（即对红波长）。

探索二向色性带通滤光片

带通滤光片用于广泛的行业，可以是二向色性或彩色基片。二向色性带通滤光片是由两种不同的技术制造的：传统和加硬溅射法，或镀加硬膜。这两种技术通过在玻璃基片上交替的高与低折射率材料的多层沉积实现其*的透射率和反射特性。事实上，根据应用的不同，在特定基片上每面可能有超过100层材料沉积。

传统镀膜滤光片和加硬溅射法滤光片之间的差别是基片层数。在传统镀膜带通滤光片，不同的指标材料层沉积在多个基片上然后再夹在一起。例如，假设图7中的图片重复叠加甚超过100倍。这个技术导致降低透射率的厚滤光片。透射的减少是由于入射光穿过并通过数个基片层被吸收和/或反射所导致的。相反的，在加硬溅射法带通滤光片，不同的指标材料只沉积在单个基片上 图8）。这个技术导致高透射率的薄滤光片。有关制造技术的其他信息，请参阅“光学镀膜简介”。请查看硬镀膜的好处，帮助您选择适合应用的滤光片。

图 8: 传统滤光片（左）和加硬溅射法滤光片（右）

类型

为了帮助了解当今各种之间的相似性和差异性，请参考十个受欢迎的类型。以下的选择指南包含简短说明以及产品样品图像和易于比较的性能曲线。

应用范例

范例1：

配色成像黑白 相机无法区分不同颜色的本质。然而，添加的彩色滤光片大大提高了物体之间的对比。给定的彩色滤光片将减轻相同颜色的物体，并加深相对颜色的物体。请参考例子，使用黑白相机拍摄两颗红色和两颗绿色药丸。图9a - 9d 显示检验中的样品的实际图像和使用彩色滤光 片各种图像。图中清楚可见，若没有使用滤光片（图9b），黑白相机无法区分红色和绿色。在工厂车间检查这些药丸是不可能的。另一方面，当使用红色滤光片（图9c）时，由于增加图像的对比度，物体的相对颜色（即绿色药丸）显示为灰色，可以很容易地从红色药丸中辨别出来。相反的，当使用绿色滤光片（图9d）时，红色药丸显示为灰色。

图 9a: 增强对比度：检验中的样品

图 9b: 增强对比度：没有使用滤光片

图 9c: 增强对比度：红色滤光片

图 9d: 增强对比度：绿色滤光片

范例2：拉曼光谱

拉曼光谱应用的结果可以通过使用一些选择的滤光片大幅提高：激光带通、陷波片，或激光 长波通为了达到佳效果，使用窄1.2nm和光密度OD 6.0的带宽滤光片。激光带通滤光片放置在激光和样品之间的光路内。这确保阻断了任何外部环境光，只有激光线波长可通过。光入射到样品后，它会由于拉曼散射而位移并包含许多低强度模式或信号。因此，它在通过使用陷波滤光片（以尽可能近激光波长为中心）以便阻断高强度激光的应用中变得很重要。如果发生非常接近激光的拉曼激发模式，激光长波通滤光片则可以作为有效的替代品。图10 典型的拉曼光谱设置图。

图 10: 拉曼光谱设置

除了上述提及的两项，可用于多种应用：配色成像和拉曼光谱。它们几乎出现在光学、成像和光电子行业的各个方面；了解的制造技术、关键术语和当今可用的滤光片类型可帮助选择适用于任何设置的佳滤光片。