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)薄膜來實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波長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)來說比較窄，一般為中心波長值的5%以下。

（帶通窄帶濾光片光譜圖）

截止濾光片，根據(jù)光譜特性分為長波截止與短波截止。

長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波方向通過。

（長波通濾光片光譜圖）

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)特定波長光的吸收特性來實(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)波長光，但將特定波長范圍內(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：一般透過的波長較長，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)吸收某些波長的光，而允許其他波長的光通過。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的光，濾光片可以將混合光分解為不同的顏色或波長成分，這在光譜分析、光學(xué)測量和科研實(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)量或測量精度。

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

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

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范圍，波長范圍越短精度越高。

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/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。