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光學(xué)濾光片的性能指標(biāo)

日期:2024-12-26 16:49
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摘要:光學(xué)濾光片的性能指標(biāo)

 濾光片的性能指標(biāo)是使用一種語言對(duì)濾光片性能進(jìn)行必要的描述,且所用說明的語言可以被系統(tǒng)設(shè)計(jì)者、用戶、濾光片的制造者等很容易的接受。有時(shí)濾光片生產(chǎn)者會(huì)根據(jù)濾光片可實(shí)現(xiàn)的性能進(jìn)行編寫,可能為了用戶,或者并沒有明確應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品目錄,這里我們不討論后者。在大多數(shù)情況下,性能指標(biāo)常常是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來編寫的。為了從系統(tǒng)中獲得理想的性能,設(shè)計(jì)者會(huì)在指標(biāo)中描述濾光片所要求的性能。在編寫這樣的指標(biāo)時(shí),首先必須回答的一個(gè)問題是:濾光片是用來做什么的?濾光片的目的必須被清楚地確定下來,并且這將會(huì)是編寫工作的基礎(chǔ)。對(duì)于如何具體說明性能詳情,確實(shí)沒有系統(tǒng)的方法。有時(shí),濾光片所應(yīng)用的系統(tǒng)性能必須達(dá)到一定的水平,否則在進(jìn)一步說明中將會(huì)沒有著重點(diǎn)。濾光片的性能應(yīng)該可以很容易的確定下來,但是,這常常不是一件容易的事情。對(duì)于性能來說,不存在優(yōu)良的要求,性能應(yīng)該在復(fù)雜性或可能價(jià)格允許的范圍內(nèi)盡可能的高。在這種情況下,系統(tǒng)采用不同性能的濾光片,其性能必須與其造價(jià)、復(fù)雜性,以及能否對(duì)合理情況作出判斷相平衡。*終的指標(biāo)將會(huì)是所要求的情況與可實(shí)現(xiàn)的情況的折中。

                                                            

這里舉一個(gè)例子,讓我來簡(jiǎn)單地思考這個(gè)問題:在連續(xù)譜中如何獲得一條譜線。很明顯,需要的是窄帶濾光片,但是需要什么樣的帶寬和什么類型的濾光片呢?濾光片透射的譜線能量主要取決于其峰值透過率(假設(shè)在問題中濾光片的峰值位置總可以調(diào)整到譜線),而連續(xù)譜的能量將取決于透射率曲線下方的總面積,包括遠(yuǎn)離峰值的波長(zhǎng)截止區(qū)。通帶越窄,則譜線與連續(xù)譜的對(duì)比度就越高,特別是隨著通帶的變窄,一般會(huì)提高截止度。然而,由于通帶的變窄會(huì)增加制造苦難,所以通帶越窄,造價(jià)會(huì)越高;并且由于進(jìn)一步增加光非準(zhǔn)直性的敏感度,所以也會(huì)使得可允許焦比變大。這里的后一點(diǎn)意味著,對(duì)于相同的視場(chǎng),擁有較窄帶寬的濾光片必須做的更大,這樣可以使用較大的焦比,但這會(huì)增加制作難度和整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。另一個(gè)提高濾光片性能的方法是增大通帶的邊緣陡度但仍保持相同的寬帶。一個(gè)矩形的通帶形狀和具有相同半寬度的簡(jiǎn)單法布里-珀羅濾光片相比,有更高的對(duì)比度,并且該通帶有一個(gè)額外的優(yōu)勢(shì)是,遠(yuǎn)離濾光片峰值的截止度也會(huì)變得更大。通過1/10帶寬或1/100帶寬描述,這一邊緣陡度可以被確定。同樣地,邊緣越陡,制作越困難,并且造價(jià)越高。

由于率光片像其他任何人造產(chǎn)品一樣,不能制造得出完全符合說明書的規(guī)范,因此一些允許值必須說明。對(duì)于窄帶濾光片,應(yīng)該給定容差的主要參數(shù)是:峰值波長(zhǎng)、峰值透射率和帶寬。因?yàn)閹缀跛械膽?yīng)用中都是峰值透過率越高越好,通常說明它的下限就足夠。對(duì)于峰值波長(zhǎng)容差主要有兩個(gè)方面。**,在濾光片表面上峰值波長(zhǎng)的均勻性。在薄膜上總會(huì)有一些變化,盡管非常小,但必須給定一定的限度。通常*好在規(guī)格中限定均勻性誤差,使其不超過半寬度的三分之一。**,在濾光片的整個(gè)區(qū)域上測(cè)量平均峰值波長(zhǎng)的誤差。這個(gè)允許值常常是正的,因此濾光片總是可以通過傾斜來調(diào)整到正常波長(zhǎng)。對(duì)于給定的寬度,在任何應(yīng)用中所允許的傾斜量將在很大程度上由系統(tǒng)的孔徑和市場(chǎng)來決定,因?yàn)殡S著傾斜角的增大,濾光片所能接收的入射角的全部范圍會(huì)下降。

濾光片的寬帶也應(yīng)該被規(guī)定,并且給予其一個(gè)允許量,但是因?yàn)榉浅?zhǔn)確地控制帶寬很困難,通常不能夠?qū)捪拗频煤車?yán)格,并且允許量應(yīng)該盡可能的寬,一般來說,不小于標(biāo)準(zhǔn)值的0.2倍,除非它有特殊要求。

在光學(xué)性能指標(biāo)中另一個(gè)重要的參數(shù)是截止區(qū)的截止度,這一參數(shù)可以通過多個(gè)不同的方式來定義,或者是整個(gè)范圍內(nèi)的平均透過率,或者是整個(gè)范圍內(nèi)任意波長(zhǎng)的優(yōu)良透射率,它們都可以給出一個(gè)上限。**種常常應(yīng)用在干擾源時(shí)連續(xù)譜的情況,**種應(yīng)用于線源,在這種情況下,所應(yīng)用的波長(zhǎng)如果是已知的,則應(yīng)該說明。

另一種完全不同的濾光片性能的說明方法是繪制透射率隨波長(zhǎng)變化的包絡(luò),率光片的性能一定不能落在包絡(luò)所覆蓋的區(qū)域之外重要的是對(duì)率光片的接受角也應(yīng)該作出說明。這種類型的指標(biāo)要比上面提到的**種更明確,然而,這種指標(biāo)說明存在一個(gè)不足,那就是當(dāng)用平均值可能剛好的時(shí)候,該方法用優(yōu)良的方式對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行描述,這就可能顯得非常苛刻。進(jìn)一步來講,我們不可能設(shè)計(jì)一種測(cè)試方式來確定濾光片是否符合這種類型的優(yōu)良指標(biāo),測(cè)試儀器的有限寬帶洗后都會(huì)影響。因此,如果要用這種方法來描述濾光片,建議包括一個(gè)注釋,測(cè)試儀器的有限寬帶*后都會(huì)影響。因此,如果要用這種方法來描述濾光片,建議包括一個(gè)注釋,也就是在每一個(gè)波長(zhǎng)上所描述的濾光片性能是一定間隔上性能的平均。

一般來說,關(guān)于光學(xué)性能指標(biāo)描述已經(jīng)幾乎不用再補(bǔ)充了。在任何一種應(yīng)用中,這些原因?qū)?huì)表現(xiàn)出不同的重要性,并且每種情況在很大程度上必須從他們自身的目標(biāo)來考慮。很明顯,在這一領(lǐng)域,重要的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者與濾光片設(shè)計(jì)者的工作緊密結(jié)合起來。

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