濾光片選型指南

　　濾光片可以對光譜進(jìn)行選擇，或調節光束透過(guò)率，應用十分廣泛，如生物成像、機器視覺(jué)、航空航天等等。

　　如何選擇合適的濾光片一直是我們在研究中需要考慮的問(wèn)題，通常我們按這樣的思路來(lái)進(jìn)行選型：一是通過(guò)目標功能來(lái)選擇濾光片的類(lèi)型，二是通過(guò)目標性能來(lái)選擇具體的產(chǎn)品。

　　濾光片類(lèi)型

　　根據濾光片的原理，可分為吸收型和干涉型兩類(lèi)。

　　吸收型濾光片是在特定材料基片上摻雜離子實(shí)現對特定波長(cháng)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，形成多級串聯(lián)的法布里-珀羅干涉儀。鍍膜可以實(shí)現多種功能，達到較高的透過(guò)率，但成本有所增加。目前干涉型濾光片的種類(lèi)更多，應用相對更廣。

　　根據濾光片對光譜的調制特性，通常可以分為帶通濾光片、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(xiàn)來(lái)說(shuō)明和區分。

　　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(chēng)截止濾光片，在正入射情況下使用，能使特定波長(cháng)一側的光透射，另一側的光被反射或吸收。

　　二向色鏡

　　二向色鏡在45°入射情況下使用，能使特定波長(cháng)一側的光透射，另一側的光被反射，除此之外，二向色鏡可以同時(shí)實(shí)現分光/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，可對工作波長(cháng)范圍內的光同時(shí)實(shí)現衰減功能，降低光能量。

　　總結

　　若只需要某波長(cháng)通過(guò)，選帶通濾光片。

　　若只需要某波長(cháng)不通過(guò)，選陷波濾光片。

　　若需要某波長(cháng)一側通過(guò)而另一側不通過(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(cháng)無(wú)關(guān)的光衰減功能，選中性密度濾光片。

　　性能參數

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

　　帶通/陷波濾光片

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

　　中心波長(cháng)：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(cháng)附近達到最大/最小的透射率。一般濾光片的中心波長(cháng)需要匹配光源。根據中心波長(cháng)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)率的一半對應的帶寬。根據半高寬的大小，這類(lèi)濾光片有了更細致的分類(lèi)，比如寬帶、窄帶等。半高寬越小，濾光就越精細。

　　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：反映了對光能量的承受能力，損傷閾值應大于入射光能量，避免損壞。

　　邊通濾光片/二向色鏡

　　需要關(guān)注的參數有：截止類(lèi)型、截止或起始波長(cháng)、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(lèi)型：常見(jiàn)的有長(cháng)波通、短波通兩種，即超過(guò)/低于特定波長(cháng)的光透射/反射。有一類(lèi)特殊的多波段二向色鏡可以實(shí)現在多個(gè)波段透射。

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

　　過(guò)渡帶帶寬：用來(lái)描述濾光片從高截止轉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(cháng)。

　　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：反映了對光能量的承受能力，損傷閾值應大于入射光能量，避免損壞。

　　中性密度濾光片

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

　　工作波長(cháng)：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變化。

　　透過(guò)率、光密度和衰減量的對照關(guān)系如下表所示。

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

　　損傷閾值：反映了對光能量的承受能力，損傷閾值應大于入射光能量，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。