光學濾光片

光學濾光片關鍵術語

在研究當今業界可用的制造技術和光學濾光片類型之前，先重要的是檢閱與其相關的關鍵術語。所有的濾光片因為制造過程、某些入射光的通過、吸收和/或反射而各有不同，它們有著共同的光學參數。

中心波長

中心波長(CWL)通常用于表示帶通濾光片的峰值透射率，或是陷波濾光片的峰值反射率。然而，這個術語常被誤用 -CWL實際上定義為在峰值透射率為50%的波長之間的中點，稱為半峰 全寬(FWHM)。干涉濾光片的峰值則通常不會位于波長中點。請參閱圖1關于CWL和FWHM的說明。

帶寬

帶寬是一個波長范圍，用于表示頻譜通過入射能量穿過濾光片的特定部分。帶寬又稱為FWHM（圖1）。

圖 1: 中心波長和半峰全寬說明

截止范圍

阻斷范圍是用于表示通過濾光片衰減的能量光譜區域的波長間隔（圖2）。阻斷程度通常會在光密度中。

圖 2: 截止范圍說明

光密度

光密度(OD)描述濾光片阻斷規格，并且與穿過的能量透射量有關（方程式1–2）。高光密度值表示非常低的透射率，低光密度則表示高透射率。圖3描述了三種不同的光密度：OD 1.0，OD 1.3和OD 1.5顯示越高的OD值的透射率越低。

圖 3: 光密度說明

二向色性濾光片

二向色性濾光片是用于取決于波長透射率或反射光的濾光片類型；特定波長范圍透射的光則鑒于不同范圍的光線反射或吸收（圖4）。二向色性濾光片常用于長波通和短波通應用。

圖 4: 二向色性濾光片鍍膜說明

起始波長

起始波長是用于表示在長波通濾光片中透射率增加50%波長的術語。起始波長由圖5中的λcut-on起始表示。

圖 5: 起始波長說明

截止波長

截止波長是用于表示在短波通濾光片中透射率降低50%波長的術語。截止波長由圖6中的λcut-off截止表示。

圖 6: 截止波長說明

光學濾光片制造技術

吸收性和二向色性濾光片

范圍廣泛的可分成兩大類：吸收性和二向色性。兩者的區別不在于它過濾什么，而是如何濾光。吸收性濾光片的光線阻斷以玻璃基片的吸收特性為基礎。換句話說，被阻斷的光線不會反射回濾光片；相反的，光線被它吸收且包含在濾光片內。在系統內多余的光線形成噪音的問題時，吸收性濾光片是理想的選擇。吸收性濾光片也具有角度不敏感的額外功能；光線可從各種角度入射濾光片且濾光片將保持其透射和吸收特性。

相反的，二向色性濾光片的運作是反射多余的波長并透射所需的頻譜部分。在一些應用中，這是一個需要的效果，因為光可以通過波長分開為兩個來源。這可通過增加單層或多層不同折射指數的材料完成干涉光波性質來實現。在干涉濾光片，光從較低折射率材料的移動將反射高折射率材料；只有特定角度和波長的光將積極干涉傳入光束并穿過材料，而其他所有的光線將相消干涉并反射材料（圖7）。其他有關干擾的信息，請參閱“光學101：1級的理論基礎”。

圖 7: 在玻璃基片上交替的高與低指標材料的多層沉積

與吸收性濾光片不同，二向色性濾光片具有*的角度敏感。 當用于任何角度的設計用途之外時，二向色性濾光片無法滿足初標示的透射率和波長規格。通過二向色性濾光片提高入射角將使它移向較短的波長（即對藍波長）；降低角度則會移向較長的波長（即對紅波長）。

探索二向色性帶通濾光片

帶通濾光片用于廣泛的行業，可以是二向色性或彩色基片。二向色性帶通濾光片是由兩種不同的技術制造的：傳統和加硬濺射法，或鍍加硬膜。這兩種技術通過在玻璃基片上交替的高與低折射率材料的多層沉積實現其*的透射率和反射特性。事實上，根據應用的不同，在特定基片上每面可能有超過100層材料沉積。

傳統鍍膜濾光片和加硬濺射法濾光片之間的差別是基片層數。在傳統鍍膜帶通濾光片，不同的指標材料層沉積在多個基片上然后再夾在一起。例如，假設圖7中的圖片重復疊加甚超過100倍。這個技術導致降低透射率的厚濾光片。透射的減少是由于入射光穿過并通過數個基片層被吸收和/或反射所導致的。相反的，在加硬濺射法帶通濾光片，不同的指標材料只沉積在單個基片上 圖8）。這個技術導致高透射率的薄濾光片。有關制造技術的其他信息，請參閱“光學鍍膜簡介”。請查看硬鍍膜的好處，幫助您選擇適合應用的濾光片。

圖 8: 傳統濾光片（左）和加硬濺射法濾光片（右）

類型

為了幫助了解當今各種之間的相似性和差異性，請參考十個受歡迎的類型。以下的選擇指南包含簡短說明以及產品樣品圖像和易于比較的性能曲線。

應用范例

范例1：

配色成像黑白 相機無法區分不同顏色的本質。然而，添加的彩色濾光片大大提高了物體之間的對比。給定的彩色濾光片將減輕相同顏色的物體，并加深相對顏色的物體。請參考例子，使用黑白相機拍攝兩顆紅色和兩顆綠色藥丸。圖9a - 9d 顯示檢驗中的樣品的實際圖像和使用彩色濾光 片各種圖像。圖中清楚可見，若沒有使用濾光片（圖9b），黑白相機無法區分紅色和綠色。在工廠車間檢查這些藥丸是不可能的。另一方面，當使用紅色濾光片（圖9c）時，由于增加圖像的對比度，物體的相對顏色（即綠色藥丸）顯示為灰色，可以很容易地從紅色藥丸中辨別出來。相反的，當使用綠色濾光片（圖9d）時，紅色藥丸顯示為灰色。

圖 9a: 增強對比度：檢驗中的樣品

圖 9b: 增強對比度：沒有使用濾光片

圖 9c: 增強對比度：紅色濾光片

圖 9d: 增強對比度：綠色濾光片

范例2：拉曼光譜

拉曼光譜應用的結果可以通過使用一些選擇的濾光片大幅提高：激光帶通、陷波片，或激光 長波通為了達到佳效果，使用窄1.2nm和光密度OD 6.0的帶寬濾光片。激光帶通濾光片放置在激光和樣品之間的光路內。這確保阻斷了任何外部環境光，只有激光線波長可通過。光入射到樣品后，它會由于拉曼散射而位移并包含許多低強度模式或信號。因此，它在通過使用陷波濾光片（以盡可能近激光波長為中心）以便阻斷高強度激光的應用中變得很重要。如果發生非常接近激光的拉曼激發模式，激光長波通濾光片則可以作為有效的替代品。圖10 典型的拉曼光譜設置圖。

圖 10: 拉曼光譜設置

除了上述提及的兩項，可用于多種應用：配色成像和拉曼光譜。它們幾乎出現在光學、成像和光電子行業的各個方面；了解的制造技術、關鍵術語和當今可用的濾光片類型可幫助選擇適用于任何設置的佳濾光片。