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一文带你意识光学滤光片所有知识

2024-12-17 派大莘

光学滤光片是一种用来拔取所需辐射波段的光学器件 ,滤除不必要领域波长的光。从而达到对光的滤波处置。


一文带你意识光学滤光片所有知识

 

一、工作道理

滤光片的工作道理重要基于光的吸收、过问和衍射等光学景象。

 光学滤光片的工作道理

(图源网络 ,侵删)

吸收型滤光片:利用特定资料对光的吸收个性来实现滤波。光线穿过滤光片时 ,其内部资料会吸收某些波长的光 ,而允许其他波长的光通过。通过选择性吸收达到滤除其他不必要的光 ,只允许特定波长的光通过。

 

过问型滤光片:则是利用多层薄膜的光学过问效应 ,使特定波长的光在薄膜内产生屡次反射和折射 ,从而实现对光的选择性滤波。当光线经过期 ,分歧波长的光在薄膜之间产生屡次反射和折射 ,产生过问景象。通过精确节造薄膜的厚度和折射率 ,能够使得特定波长的光在过问过程中相互加强 ,而其他波长的光相互抵消 ,从而实现特定波段的滤波。这种道理使得过问型滤光片拥有高透射率、高阻断度和宽波长领域的特点。

 

衍射型滤光片:利用光的衍射道理来工作。通过在滤光片表表刻划特定的图案或结构 ,使得光在通过期产生衍射 ,实现对特定波长的选择。这种滤光片通常拥有极高的波长分辨率和矫捷性 ,可能实现对光的精确节造。

 

二、滤光片分类

凭据光谱波段分为 ,紫表滤光片、可见滤光片和红表滤光片。

光谱散布图

(图源网络 ,侵删)

按光谱个性分为带通滤光片、截止滤光片、陷波滤光片、

带通滤光片又细分为窄带带通滤光片与宽带带通滤光片。

截止滤光片又分为长波截止短波通滤光片和短波截止长波通滤光片。

按职能个性分为:吸收滤光片、反射滤光片、分光滤光片、中性密度滤光片、偏振滤光片等。

按膜层资料分为软膜滤光片和硬膜滤光片。

1.光谱个性分类

紫表滤光片是一种特殊的光学元件 ,紫表滤光片常用于过滤掉紫表的某个领域波长 ,也可用于提取某个波段领域内的波长 ,它的重要工作道理是依赖于滤光片资料对紫表线的吸收个性。当光线通过紫表滤光片时 ,特定波长的紫表线会被吸收 ,而其他波长的光则得以透过。


 紫表滤光片

(紫表滤光片)


可见光滤光片的利用领域极度宽泛 ,常见的带通滤光片在其利用极度宽泛 ,其原因是基于滤光片膜层的特殊性 ,用于限度紫表光和红表光 ,同时通过筛选可见光的特定领域 ,如 ,用于截止红表光的红表截止片 ,可用于监控;如用于提取某个色光波段的舞台灯光、液晶显示器等 ,用于摄影的滤色片 ,用于医疗检测的生物荧光分析蹬爪用 ,还可用于眼睛; ,用于反对有害蓝光的眼镜 ,其工作道理重要基于光的吸收、过问和反射。当光线通过滤光片时 ,其中一部门光线会被吸收或反射 ,而另一部门光线则会透过滤光片 ,从而扭转可见光的波长和色彩。


 可见光窄带滤光片

(可见光窄带滤光片)


红表滤光片是一种可能只透过红表光 ,而反对可见光和紫表光的光学器件 ,重要用于筛选出特定波长领域的红表光线的光学器件 ,利用光线的反射和吸收作用 ,实现特定波长领域的红表光的透过和筛选 ,通常由特殊的资料造成 ,通经常见利用为红表长波通和红表带通滤光片 ,常见的基材蕴含硅、锗、氟化镁、氟化钙、蓝宝石等。这些资料被设计成拥有特定的光谱个性 ,使其对红表光波拥有高透射性 ,对其他波长尤其是可见光波长的光拥有高反射性或吸收性。

 凯时尊龙人生就是博1150nm红表带通滤光片

(凯时尊龙人生就是博1150nm红表带通滤光片)

滤光片

 (图源网络 ,侵删)

2.光谱个性分类

带通滤光片重要基于法布里-珀罗腔的相长过问前提 ,这使得中心波长和中心波长两侧幼领域内的光可能有效地透射 ,而通带表的光则会被阻止透射。中心波长两侧的截止带宽可能相对较幼。为了增长滤波器的截止带宽 ,有时会在垫片或基板上镀一层宽带截止资料 ,但这可能会降低滤光片通带的透过率。

 

带通滤光片属于镀膜滤光片的一种 ,个性较多 ,通常按光谱图个性 ,分单带通、多带通 ,与带通滤光片相反光谱个性的滤光片就是陷波滤光片 ,也叫负性滤光片。带通滤光片按通带带宽通常为窄带滤光片与宽带滤光片。

 滤光片

(图源网络 ,侵删)


单带通滤光片与多带通滤光片的最显著的区别就是带通数量的区别 ,多带通滤光片拥有顶峰值透射率和较深的截止 ,从而有效地抑造了光晕和温漂 ,能够在职何利用中产生最大亮度和对比度 ,通常有双带通、三带通、四带通、五带通等。


 滤光片


陷波滤光片(也叫负性滤光片)与带通滤光光谱相反 ,重要职能就是透射大部门波长 ,只针对特定波长领域内(我们也叫阻带)的光衰减到很低水平。


 滤光片


宽带滤光片属于带通滤光片的一个细分 ,拥有相对较宽的透过频率领域。其设计主张是选择更宽领域的光波 ,允许较大领域内的频率通过 ,同时反对超出该领域的光波?泶斯馄ǔS涤薪细叩耐腹 ,但相对较低的反对能力 ,这是由于其指标是传递更宽泛的频率领域而不是选择特定的频率。

 滤光片


窄带滤光片作为从带通滤光片细分出来的一个种类 ,其界说与带通滤光片一样 ,都是仅允许特定波段的光通过 ,而偏离该波段以表的光信号会被阻止 ,窄带滤光片具备较窄的通带 ,通常在中心波长值5%以下。窄带相迸宗宽带占有较低的半带宽 ,通常半带宽在30nm左右及以下。

 

截止滤光片 ,指能从复合光中滤掉全数长波或短波而仅保留所需波段领域的滤光片 ,通常分为短波截止滤光片(长波通滤光片)和长波截止滤光片(短波通滤光片)两种。其道理重要基于光学膜的过问效应以及特定波长的光波在滤光片上的透射和反射个性。截止滤光片通常蕴含多层膜设计 ,这些膜层拥有特定的折射系数和厚度 ,当光线通过滤光片时 ,由于分歧波长的光在滤光片各层间的过问作用 ,某些波长的光会被反射 ,而另一些波长的光则会透射从前 ,这使得在特定波长下 ,光线的传输能够被最大水平地削减或齐全解除。

 短波通滤光片光谱图


短波通滤光片(长波截止片) ,单一说就是短波通过 ,长波截止。由多层光学薄膜组成的 ,这些薄膜拥有分歧的折射率和厚度 ,重要用于传输较短波长的光并阻止较长波长的光通过 ,其道理是基于光波与滤光片膜层之间的相互作用 ,出格是利用光学薄膜的过问效应来实现对光波波长的选择性透过 ,当光线通过滤光片时 ,分歧波长的光波在膜层之间产生过问。

 

长波通滤光片光谱图


长波通滤光片界说与短波相反 ,凭据指定的波长 ,长波通过 ,短波被截止。长波通滤光片选取特殊工艺加工而成 ,内部由多层光学薄膜组成 ,每层薄膜的折射率和厚度都经过精密推算和设计 ,拥有高透射率、低损耗和优良的光谱透过性。其工作道理和设计主张重要是允许长波长的光波通过 ,同时阻止短波长的光波通过 ,当光线入射到滤光片上时 ,这些薄膜会对分歧波长的光波进行过问、反射和透射。


3.职能个性分类 

吸收滤光片 ,通常指的是含有某种有色金属氧化物的有色玻璃 ,对某些波长领域的光拥有强烈的吸收能力 ,透过光则呈单色性。常见的如红色有色玻璃滤光片。


反射滤光片是通过反射作用来调控光线的透过和衰减 ,重要依赖于光学薄膜的过问效应来实现对特定波长光线的反射 ,因而无需思考资料对光的吸收。其道理重要基于光的过问和薄膜反射个性 ,由多层光学薄膜组成的滤光片 ,每层薄膜都拥有特定的折射率和厚度。当光线入射到反射滤光片上时 ,这些薄膜层会对光线进行屡次反射和透射 ,由于过问效应 ,某些波长的光线会被加强反射 ,而其他波长的光线则可能透射或衰减。

 

中性密度滤光片


中性密度滤光片也称衰减片 ,中性密度镜(ND镜)、中性密度衰减片 ,利用物质对光的吸收个性 ,造成片状 ,放在光路上 ,能够将光强衰减 ,这衷飕状元件叫光学衰减片。道理重要基于物质对光的吸收或反射个性 ,中性密度滤光片重要分为吸收型和反射型。吸收型滤光片利用物质对光的吸收个性来衰减光强 ,而反射型滤光片则基于薄膜过问道理 ,通过在光学基板上镀膜 ,使一部门光透射 ,另一部门反射。

 

分光滤光片是一种特殊的光学器件 ,它重要用于将光分成分歧的波长或色彩成分。它的工作道理重要基于光的过问、衍射或薄膜效应 ,通过扭转光的传布蹊径或强度来实现特定波长的分离或衰减。在我们经?吹椒止馄 ,二向分光片就是最常见的分光片 ,它宽泛利用于多个领域 ,如光学仪器、激光仪器、显微镜分析、拉曼分析等;


偏振滤光片:用以扭转照片中的光的平衡 ,通常搁置在相机镜头的前面 ,以使天空变暗或抑造来自湖泊或大海的眩光。凭据优选的艺术成效调整过滤器的旋转方向。对于现代相机 ,通常使用圆偏振片 ,它首吓咨一个线性偏振片 ,接着是一个四分之一波片 ,在进入相机之前 ,将线性偏振光转换成圆偏振光。

4.膜层资料分类

镀膜滤光片凭据膜层资料通常分为软膜滤光片和硬膜滤光片。 

软膜滤光片通常由多层薄膜组成 ,这些薄膜可能由硫化锌、冷冻剂、甚至是银等资料造成。它的道理重要基于光波在滤光片膜层传输过程中产生的各类个性变动 ,如透射、吸收、散射、反射、偏振、相位变动等。当光线通过软膜滤光片时 ,分歧波长的光波会在膜层中产生过问、衍射等效应 ,从而导致特定波长的光波被反射、吸收或透射。因而 ,软膜滤光片通常用于生化分析仪等特定设备。


 滤光片

(激光雷达BP1550nm带通红表滤光片


硬膜滤光片的膜层通常由多层特殊资料组成 ,选取的是离子束溅射工艺 ,使得膜层更致密 ,无需;げ ,结构更单一 ,界面少 ,削减反射和散射 ,从而提高了透过率。硬膜滤光片的特点在于没有因粘合剂引起的光危险、机能降低和自觉荧光的问题 ,其膜层拥有较高的硬度和激光危险阈值 ,因而可能接受高强度的激光照射而不易受到侵害。


关于滤光片的分类其实还有好多 ,由于分歧的基材原因 ,滤光片其实还可能凭据分歧的基材前提进行划分 ,如塑料滤光片、玻璃滤光片、单晶滤光片(如硅、锗)等。


滤光片的一些关键指标


通带:光可能通过的地点波长区域领域就叫做通带。


带宽(FWHM): 也叫半峰全宽 ,英文全称full width at half maxima ,简称半宽度 ,半峰宽 ,半峰宽度 ,通常指带通滤光片 ,它暗示峰值透过率一半地位光谱地点波段之间的差值?赐贾 ,λL与λR之间的距离就是。带宽通常也能够辩白出宽带与窄带 ,窄带带宽通常较低 ,在30nm左右或以下 ,且窄带的通带相对较窄 ,通常为中心波长值的5%以下。


滤光片


中心波长(CWL):常用于带通滤光片 ,它是指峰值透射率一半的波长之间的中点 ,也被称为半峰全宽(FWHM)的中点 ,有时也会用于暗示带通滤光片的峰值透射率或陷波滤光片的峰值反射率。通常用来描述一束光的中心频率或波长。我们常说的型号BP-680nm带通 ,其中680nm就是参考的中心波长。


透过率(T) ,透过率通常暗示光进入滤光片后出现的损耗 ,为镜片射出光与射入光的比值 ,当透过率到10%或以下就阐发为截止 ,我们常用OD值暗示 ,OD=-log(T) ,凭据OD1~OD6 ,截止带透过率从0.1~0.000001。

 

OD编号 截止带透过率

OD1=0.1 即10%

OD2=0.01 即1%

OD3=0.001 即0.1%

OD4=0.0001 即0.01%

OD5=0.00001 即0.001%

OD6=0.000001 即0.0001%

 

截止波段 ,通常暗示滤光片截止光波段的领域(通带之表的波长领域) ,用于暗示通过滤光片损耗的能量光谱区域的波长距离 ,指除了通带以表 ,要求截止的波长领域。对于窄带滤光片而言 ,只必要指明最短波长与最长波长 ,就能够知路该滤光片的截止领域。


肇始波长:肇始波长是指在长波通滤光片中透射率增长至峰值的1/2时所对应的波长 ,在带通滤光片中有时也可界说为5%或10%的峰值透过率所对应的波长。

截止波长:截止波长是用指在短波通滤光片中透射率降低至峰值的1/2时所对应的波长 ,在带通滤光片中有时也可界说为5%或10%的峰值透过率所对应的波长。


滤光片的规格参数


滤光片的表表规格和尺寸参数

表表质量滤光片的表表质量 ,重要其表表会不成预防线有一些划痕和坑点等缺点 ,表表质量最常用的规格是由MIL-PRF-13830B注明的划痕和坑点规格 ,坑点名称是通过以微米计的坑点直径除以10来推算的 ,通;劭拥愎娓裨80至50领域内将称之为尺度质量;在60至40领域内视为精确质量;而在20至10领域内将视为高精度质量。有关阅读:光学元件表观尺度-光洁度


表表滑润度表表平面度是丈量表表精度的一种 ,它用于丈量反射镜、窗口片、棱镜或平光镜等平面的误差 ,滑润度的误差通常是按波纹值(λ)来丈量的 ,它们是由多个波长的测试源组成 ,一个条纹对应1/2的波长 ,滑润度为1λ ,则代表通常的质量级别;滑润度为λ/4 ,则代表精确的质量级别;滑润度为λ/20 ,则代表高精度的质量级别。公差(Tolerance):滤光片的公差 ,重要是在中心波长与半宽带上 ,因而滤光片产品公差领域的表明。


直径公差通常情况下 ,滤光片直径的公差影响在使用过程中的影响不是很大 ,但是要将光学器件装置在固定器上的话 ,就要思考直径公差了。通常情况下 ,直径的公差在(±0.1 mm)称为通常质量 ,(±0.05 mm)称为精密质量 ,(±0.01 mm)称为高质量。


中心厚度公差中心厚度是暗示滤光片中心部门的厚度。通常情况下 ,中心厚度的公差在(±0.2mm)称为通常质量 ,(±0.05mm)称为精密质量 ,(±0.01mm)称为高质量。

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