濾光片：光學(xué)儀器的關(guān)鍵組件

濾光片是一種用于選取所需輻射波段的光學(xué)元件。

一、定義與類別

濾光片的主要功能是選取所需輻射波段，具體而言，它分為兩大類，顏色濾光片與薄膜濾光片。

顏色濾光片：顏色濾光片是一種通過吸收或反射非特定顏色的光線來(lái)傳遞特定顏色光線的濾光片。它通常由彩色染料或顏料制成，可以呈現(xiàn)不同的顏色和飽和度。顏色濾光片在攝影、攝像、舞臺(tái)照明等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，用于改變圖像的色彩平衡和增強(qiáng)特定顏色的對(duì)比度。

（青藍(lán)色有色玻璃）

薄膜濾光片：薄膜濾光片是通過在基材上涂覆多層光學(xué)薄膜來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波長(zhǎng)光線的透射或反射的濾光片。它可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)不同的光譜響應(yīng)曲線，實(shí)現(xiàn)帶通、截止、分光等多種光學(xué)效果。薄膜濾光片在光譜分析、生物醫(yī)學(xué)成像、激光系統(tǒng)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，用于提高光學(xué)系統(tǒng)的性能和精度。

（鍍膜BP590窄帶濾光片）

二、濾光片的組成

從整體而言，濾光片組成可以簡(jiǎn)單劃為兩部分，即基材和光學(xué)薄膜。

基材：濾光片的基材可以是玻璃、塑料或其他透明材料?；牡倪x擇取決于應(yīng)用需求等，例如光學(xué)性能、機(jī)械強(qiáng)度、耐溫性、成本等因素。玻璃基材通常具有優(yōu)異的光學(xué)性能和穩(wěn)定性，適用于高精度應(yīng)用；而塑料基材則具有輕便、成本低的優(yōu)點(diǎn)，適用于大規(guī)模生產(chǎn)和消費(fèi)級(jí)應(yīng)用。

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（基材透明玻璃）

光學(xué)薄膜：光學(xué)薄膜是濾光片的核心部分，它決定了濾光片的光學(xué)性能。光學(xué)薄膜通常由多層不同折射率的材料組成，通過精確控制每層材料的厚度和折射率，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波長(zhǎng)光線的透射或反射。不同類型的濾光片具有不同的光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)不同的光學(xué)效果。

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三、濾光片分類

濾光片主要可以按照光譜波段、膜層材料、光譜特性、應(yīng)用特點(diǎn)等方式分類：

光譜波段分類

紫外濾光片：用于過濾提取某個(gè)紫外波段范圍的濾光片。

可見濾光片：用于選擇性通過可見光的光學(xué)濾光片。

紅外濾光片：用于篩選通過紅外波段光線的光學(xué)元件。

（圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

膜層材料分類

軟膜濾光片：由低硬度材料組成的多層薄膜光學(xué)元件，主要用于生化分析儀當(dāng)中。

硬膜濾光片：由高硬度特殊膜層組合的光學(xué)元件，具有較高的激光閾值，在激光系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

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光譜特性分類

帶通濾光片：選定某個(gè)通帶波段范圍的光通過，通帶以外的光截止，根據(jù)通帶范圍分為窄帶濾光片和寬帶濾光片，窄帶濾光片的通帶相對(duì)來(lái)說比較窄，一般為中心波長(zhǎng)值的5%以下。

（帶通窄帶濾光片光譜圖）

截止濾光片，根據(jù)光譜特性分為長(zhǎng)波截止與短波截止。

長(zhǎng)波截止特性為短波通濾光片，也叫低通濾光片，光譜表現(xiàn)為特定某個(gè)波段長(zhǎng)波被截止使得該波段短波方向通過。

（短波通濾光片光譜圖）

短波截止特性為長(zhǎng)波通濾光片。也叫高通濾光片，光譜表現(xiàn)為特定某個(gè)波段短波被截止使得該波段長(zhǎng)波方向通過。

（長(zhǎng)波通濾光片光譜圖）

分光濾光片：一種基于光的干涉、衍射現(xiàn)象以及濾光片材料對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收特性來(lái)實(shí)現(xiàn)分光的光學(xué)器件。

中性密度濾光片:也叫衰減片，是一種能夠在廣泛的光譜范圍內(nèi)均勻（非選擇性）衰減光線強(qiáng)度且實(shí)現(xiàn)精確的光量控制光學(xué)衰減器。

負(fù)性濾光片：即陷波濾光片或帶阻濾光片，是一種可以透過絕大多數(shù)波長(zhǎng)光，但將特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)（阻帶）的光衰減到極低水平的光學(xué)元件。 

二向色濾光片：一種能夠在特定角度（如45°）下反射一種顏色光（激發(fā)光）并透射另一種顏色光（發(fā)射光），且激發(fā)光的反射率和發(fā)射光透射率均可達(dá)到90%以上的特殊光學(xué)元件。

應(yīng)用特點(diǎn)分類

顏色濾光片：這是各種顏色的平板玻璃或明膠片，其透射帶寬數(shù)百埃，多用在寬帶測(cè)光或裝在恒星攝譜儀中，以隔離重疊光譜級(jí)次。

薄膜濾光片：一般透過的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，多用做紅外濾光片。

四、濾光片原理

（圖源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

濾光片原理主要基于不同波長(zhǎng)光的吸收、干涉、衍射以及反射特性的差異實(shí)現(xiàn)篩選，可分為吸收型、干涉型和衍射型、反射型。

吸收型濾光片：利用特定材料對(duì)光的吸收特性來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波。光線穿過濾光片時(shí)，其內(nèi)部材料會(huì)吸收某些波長(zhǎng)的光，而允許其他波長(zhǎng)的光通過。通過選擇性吸收達(dá)到濾除其他不需要的光，只允許特定波長(zhǎng)的光通過，如有色玻璃，吸收型中性密度濾光片。

干涉型濾光片：利用多層薄膜對(duì)光的干涉原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定光譜范圍的光的選取和通過，如帶通濾光片、截止濾光片、二向色濾光片。

衍射型濾光片：一種通過特定圖案或結(jié)構(gòu)使光在通過時(shí)發(fā)生衍射，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波長(zhǎng)光的選擇的光學(xué)元件。

反射型濾光片：一種利用多層膜干涉原理實(shí)現(xiàn)特定波長(zhǎng)光線反射的光學(xué)元件，用于精確控制光線的光譜分布。

五、濾光片作用

1.分離光譜：通過透射或反射特定波長(zhǎng)的光，濾光片可以將混合光分解為不同的顏色或波長(zhǎng)成分，這在光譜分析、光學(xué)測(cè)量和科研實(shí)驗(yàn)中非常重要。

2.控制光強(qiáng)：濾光片可以減弱或增強(qiáng)特定波長(zhǎng)的光強(qiáng)，從而調(diào)整光源的亮度或顏色。這在攝影、照明和顯示技術(shù)中非常有用，可以幫助攝影師或設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)特定的視覺效果。

3.去除干擾光：在某些應(yīng)用中，需要去除或降低某些波長(zhǎng)光的干擾。濾光片可以有效地阻擋這些干擾光，提高成像質(zhì)量或測(cè)量精度。

4.激光波長(zhǎng)選擇：在激光技術(shù)中，濾光片可以用于選擇激光的波長(zhǎng)，確保激光輸出具有所需的波長(zhǎng)和純度。

5.防護(hù)和保護(hù)：濾光片還可以用于保護(hù)眼睛或設(shè)備免受有害光線的傷害，如紫外線（UV）濾光片可以阻擋紫外線以保護(hù)皮膚和眼睛。

六、濾光片參數(shù)

中心波長(zhǎng)：峰值透過率一半位置的中點(diǎn)（帶通），形容長(zhǎng)波通/短波通時(shí)為峰值透過率一半位置波長(zhǎng)。

峰值透過率：光線進(jìn)入濾光片透過最高位置的百分比。

截止率：也叫光密度，光密度與透過率成反比，光密度越高透過率越低。光線透過率低于10%后表現(xiàn)為截止，常用OD值表示，公式為OD=-log（T），OD1為0.1，OD2為0.01以此類推。

截止波段：表示截止帶的范圍，一般描述除通帶外該濾光片的截止波段。

帶寬：常描述帶通濾光片，通帶峰值透過率一半位置所在波長(zhǎng)范圍，波長(zhǎng)范圍越短精度越高。

斜率：邊緣濾光片從高截止轉(zhuǎn)換為高透射率的帶寬的陡峭程度，斜率越大，濾光片在截止和透射之間的轉(zhuǎn)換越陡峭，常用于長(zhǎng)/短波通濾光片。

尺寸：常用mm表示，濾光片的尺寸對(duì)參數(shù)的影響巨大，尺寸的把控嚴(yán)重影響濾光片的性能，包括過濾范圍、透射性能、公差精度等等因素。