濾光片選型指南

　　濾光片可以對(duì)光譜進(jìn)行選擇，或調(diào)節(jié)光束透過(guò)率，應(yīng)用十分廣泛，如生物成像、機(jī)器視覺(jué)、航空航天等等。

　　如何選擇合適的濾光片一直是我們?cè)谘芯恐行枰紤]的問(wèn)題，通常我們按這樣的思路來(lái)進(jìn)行選型：一是通過(guò)目標(biāo)功能來(lái)選擇濾光片的類型，二是通過(guò)目標(biāo)性能來(lái)選擇具體的產(chǎn)品。

　　濾光片類型

　　根據(jù)濾光片的原理，可分為吸收型和干涉型兩類。

　　吸收型濾光片是在特定材料基片上摻雜離子實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波長(zhǎng)的吸收。優(yōu)點(diǎn)是成本較低，無(wú)需鍍膜，但透過(guò)率有限。

　　干涉型濾光片通過(guò)在基片上鍍制多層折射率高低交替的光學(xué)薄膜制成，形成多級(jí)串聯(lián)的法布里-珀羅干涉儀。鍍膜可以實(shí)現(xiàn)多種功能，達(dá)到較高的透過(guò)率，但成本有所增加。目前干涉型濾光片的種類更多，應(yīng)用相對(duì)更廣。

　　根據(jù)濾光片對(duì)光譜的調(diào)制特性，通?？梢苑譃閹V光片、陷波濾光片、邊通濾光片、二向色鏡、中性密度濾光片等。接下來(lái)，我們通過(guò)其光譜曲線來(lái)說(shuō)明和區(qū)分。

　　帶通濾光片

　　帶通濾光片在正入射情況下使用，只允許特定波段的光透射，其他波段的光被反射或吸收。

　　陷波濾光片

　　陷波濾光片在正入射情況下使用，只阻擋特定波段的光，而允許其他波段的光透射。

　　邊通濾光片

　　邊通濾光片也稱截止濾光片，在正入射情況下使用，能使特定波長(zhǎng)一側(cè)的光透射，另一側(cè)的光被反射或吸收。

　　二向色鏡

　　二向色鏡在45°入射情況下使用，能使特定波長(zhǎng)一側(cè)的光透射，另一側(cè)的光被反射，除此之外，二向色鏡可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)分光/合束功能。

　　中性密度濾光片

　　中性密度濾光片在正入射情況下使用，可對(duì)工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光同時(shí)實(shí)現(xiàn)衰減功能，降低光能量。

　　總結(jié)

　　若只需要某波長(zhǎng)通過(guò)，選帶通濾光片。

　　若只需要某波長(zhǎng)不通過(guò)，選陷波濾光片。

　　若需要某波長(zhǎng)一側(cè)通過(guò)而另一側(cè)不通過(guò)，選邊通濾光片或二向色鏡。若同時(shí)有分光/合束需求，則選二向色鏡。

　　若需要與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的光衰減功能，選中性密度濾光片。

　　性能參數(shù)

　　挑選合適的濾光片產(chǎn)品時(shí)，除了材質(zhì)、尺寸和外觀這些基礎(chǔ)參數(shù)，對(duì)不同類型還需關(guān)注不同的性能參數(shù)，下面將分類討論。

　　帶通/陷波濾光片

　　需要關(guān)注的參數(shù)有：中心波長(zhǎng)、半高寬、通帶透過(guò)率、阻帶光密度和損傷閾值等。

　　中心波長(zhǎng)：帶通濾光片通帶/陷波濾光片阻帶的中點(diǎn)，一般在中心波長(zhǎng)附近達(dá)到最大/最小的透射率。一般濾光片的中心波長(zhǎng)需要匹配光源。根據(jù)中心波長(zhǎng)可將帶通濾光片分為紫外帶通濾光片、可見(jiàn)光帶通濾光片和紅外帶通濾光片。

　　半高寬：峰值透過(guò)率的一半對(duì)應(yīng)的帶寬。根據(jù)半高寬的大小，這類濾光片有了更細(xì)致的分類，比如寬帶、窄帶等。半高寬越小，濾光就越精細(xì)。

　　通帶透過(guò)率：描述了在透射波段的透過(guò)率，通帶透過(guò)率越高越好。

　　阻帶光密度：描述了在被阻擋波段的透過(guò)率，阻帶透過(guò)率越低越好，一般用光密度(OD)來(lái)描述，光密度的公式如下式所示，高光密度值表示低透射率，低光密度則表示高透射率，即阻帶光密度越大越好。

　　損傷閾值：反映了對(duì)光能量的承受能力，損傷閾值應(yīng)大于入射光能量，避免損壞。

　　邊通濾光片/二向色鏡

　　需要關(guān)注的參數(shù)有：截止類型、截止或起始波長(zhǎng)、過(guò)渡帶帶寬、通帶透過(guò)率、阻帶光密度/反射率和損傷閾值等。

　　截止類型：常見(jiàn)的有長(zhǎng)波通、短波通兩種，即超過(guò)/低于特定波長(zhǎng)的光透射/反射。有一類特殊的多波段二向色鏡可以實(shí)現(xiàn)在多個(gè)波段透射。

　　截止或起始波長(zhǎng)：在長(zhǎng)波通類型中為透射起始反射截止波長(zhǎng)，一般指透過(guò)率上升至50%時(shí)的波長(zhǎng);在短波通類型中稱為透射截止反射起始波長(zhǎng)，一般指透過(guò)率下降到50%時(shí)的波長(zhǎng)。

　　過(guò)渡帶帶寬：用來(lái)描述濾光片從高截止轉(zhuǎn)換為高透射率的帶寬，一般建議過(guò)渡帶的波段范圍中不含光源波長(zhǎng)。

　　通帶透過(guò)率：描述了在透射波段的透過(guò)率，通帶透過(guò)率越高越好。

　　阻帶光密度：在邊通濾光片中描述了在被阻擋波段的透過(guò)率，阻帶透過(guò)率越低越好，阻帶光密度越大越好。

　　反射率：在二向色鏡中描述了在反射波段的反射率，反射率越高越好。

　　損傷閾值：反映了對(duì)光能量的承受能力，損傷閾值應(yīng)大于入射光能量，避免損壞。

　　中性密度濾光片

　　中性密度濾光片也稱衰減片，需要關(guān)注的參數(shù)有：工作波長(zhǎng)、透過(guò)率(光密度)、光密度公差和損傷閾值等。

　　工作波長(zhǎng)：主要由基底材質(zhì)和鍍膜決定，一般為寬帶，也可分為紫外衰減片、可見(jiàn)光衰減片和紅外衰減片。

　　透過(guò)率：用光密度表示，即OD值，有時(shí)光密度也用衰減量(A)來(lái)描述，衰減量的公式如下所示，單位為dB，OD值越大，透過(guò)率越低，衰減量越大。

　　目前除了常見(jiàn)的有均勻型濾光片(僅提供一個(gè)OD值)外，還有階躍型和漸變型可選，即OD值在元件表面可以階躍或連續(xù)變化。

　　透過(guò)率、光密度和衰減量的對(duì)照關(guān)系如下表所示。

　　光密度公差：反映了在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)光衰減的均勻性，公差越小，均勻性約好。

　　損傷閾值：反映了對(duì)光能量的承受能力，損傷閾值應(yīng)大于入射光能量，避免損壞。通常反射型衰減片的損傷閾值高于吸收型衰減片。