濾光片選型指南

　　濾光片可以對光譜進行選擇，或調(diào)節(jié)光束透過率，應用十分廣泛，如生物成像、機器視覺、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題，通常我們按這樣的思路來進行選型：一是通過目標功能來選擇濾光片的類型，二是通過目標性能來選擇具體的產(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現(xiàn)對特定波長的吸收。優(yōu)點是成本較低，無需鍍膜，但透過率有限。

　　干涉型濾光片通過在基片上鍍制多層折射率高低交替的光學薄膜制成，形成多級串聯(lián)的法布里-珀羅干涉儀。鍍膜可以實現(xiàn)多種功能，達到較高的透過率，但成本有所增加。目前干涉型濾光片的種類更多，應用相對更廣。

　　根據(jù)濾光片對光譜的調(diào)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，我們通過其光譜曲線來說明和區(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，二向色鏡可以同時實現(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，可對工作波長范圍內(nèi)的光同時實現(xiàn)衰減功能，降低光能量。

　　總結(jié)

　　若只需要某波長通過，選帶通濾光片。

　　若只需要某波長不通過，選陷波濾光片。

　　若需要某波長一側(cè)通過而另一側(cè)不通過，選邊通濾光片或二向色鏡。若同時有分光/合束需求，則選二向色鏡。

　　若需要與波長無關(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，除了材質(zhì)、尺寸和外觀這些基礎(chǔ)參數(shù)，對不同類型還需關(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、半高寬、通帶透過率、阻帶光密度和損傷閾值等。

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

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

　　通帶透過率：描述了在透射波段的透過率，通帶透過率越高越好。

　　阻帶光密度：描述了在被阻擋波段的透過率，阻帶透過率越低越好，一般用光密度(OD)來描述，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(shù)有：截止類型、截止或起始波長、過渡帶帶寬、通帶透過率、阻帶光密度/反射率和損傷閾值等。

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

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

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

　　通帶透過率：描述了在透射波段的透過率，通帶透過率越高越好。

　　阻帶光密度：在邊通濾光片中描述了在被阻擋波段的透過率，阻帶透過率越低越好，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衰減片，需要關(guān)注的參數(shù)有：工作波長、透過率(光密度)、光密度公差和損傷閾值等。

　　工作波長：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、可見光衰減片和紅外衰減片。

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

　　目前除了常見的有均勻型濾光片(僅提供一個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：反映了在工作波長范圍內(nèi)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。