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光學(xué)濾光片的作用原理及應(yīng)用
日期：2025-01-09 16:19
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摘要：光學(xué)濾光片的作用原理及應(yīng)用
濾光片能衰減光強(qiáng)度，改變光譜成分或限定振動(dòng)面的光學(xué)零件。濾光片的一個(gè)共性，就是沒(méi)有任何濾光片能讓天體的成像變得更明亮，因?yàn)樗械臑V光片都會(huì)吸收某些波長(zhǎng)，從而使物體變得更暗。
濾光片的原理
濾光片是塑料或玻璃片再加入特種染料做成的，紅色濾光片只能讓紅光通過(guò)，如此類(lèi)推。玻璃片的折射率原本與空氣差不多，所有色光都可以通過(guò)，所以是透明的，但是染了染料后，分子結(jié)構(gòu)變化，折射率也發(fā)生變化，對(duì)某些色光的通過(guò)就有變化了。比如一束白光通過(guò)藍(lán)色濾光片，射出的是一束藍(lán)光，而綠光、紅光極少，大多數(shù)被濾光片吸收了。
濾光片的原理.j
如果濾光片的濾光波長(zhǎng)為520nm，那么它對(duì)520nm波長(zhǎng)的光吸收*大，對(duì)520nm左右波長(zhǎng)光的吸收隨著波長(zhǎng)的增加或減少而遞減，這取決于該濾光片的半波寬，超過(guò)半波寬的兩倍，光即不被吸收，可完全通過(guò)。
濾光片的作用
濾光片的作用很大。廣泛用于攝影界。一些攝影大師拍攝的風(fēng)景畫(huà)，為什么主景總是那么突出，是怎樣做到的?這就用到了濾光片。比如你想用相機(jī)起拍一朵黃花，背景是藍(lán)天、綠葉，如果按照平常拍，就不能突出“黃花”這個(gè)主題，因?yàn)辄S花的形象不夠突出。
但是，如果在鏡頭前放一個(gè)黃色濾光片，阻擋一部分綠葉發(fā)出的綠光、藍(lán)天發(fā)出的藍(lán)光，而讓黃花發(fā)出的黃光大量通過(guò)，這樣，黃花就顯得十分明顯了，突出了“黃花”這個(gè)主題。
濾光片的分類(lèi)
濾光片一般式按光譜波段、光譜特性、膜層材料、應(yīng)用特點(diǎn)等特性進(jìn)行分類(lèi)。
濾光片按照光譜特性分類(lèi)可以分為帶通濾光片截止濾光片、二向分光濾光片、中性密度濾光片、反射濾光片等;濾光片按照光譜波段分類(lèi)可以分為紫外波段濾光片、可見(jiàn)光濾光片和紅外波段濾光片;濾光片按照應(yīng)用膜層材料分類(lèi)可以分為軟膜濾光片和硬膜濾光片;濾光片按照應(yīng)用特點(diǎn)分類(lèi)可以分為醫(yī)用生化儀用濾光片、熒光顯微鏡用濾光片、多波段硬膜濾光片等。
常見(jiàn)的濾光片有帶通濾光片，彩色濾光片，紅外濾光片，干涉濾光片，紅外截止濾光片，衰減片，窄帶濾光片及分光片、光學(xué)鏡片等等。如低通濾光片主要用于CCD和CMOS上其作用是：①濾除光線中的紅外光;②修整進(jìn)光。
干涉濾光片
利用干涉原理只使特定光譜范圍的光通過(guò)的光學(xué)薄膜。通常由多層薄膜構(gòu)成。干涉濾光片種類(lèi)繁多，用途不一，常見(jiàn)干涉濾光片分截止濾光片和帶通濾光片兩類(lèi)。
截止濾光片：
截止濾光片能把光譜范圍分成兩個(gè)區(qū)，一個(gè)區(qū)中的光不能通過(guò)(截止區(qū))，而另一區(qū)中的光能充分通過(guò)(通帶區(qū))。典型的截止濾光片有低通濾光片(只允許長(zhǎng)波光通過(guò))和高通濾光片(只允許短波光通過(guò))，它們均為多層介質(zhì)膜，具有由高折射率層和低折射率層交替構(gòu)成的周期性結(jié)構(gòu)。
例如，*簡(jiǎn)單的高通濾光片的結(jié)構(gòu)為g(L/2)(HL)mH(L/2)a，其中g(shù)代表玻璃(光學(xué)元件材料)，a代表膜外空氣，L和H分別代表厚度為1/4波長(zhǎng)的低折射率層和高折射率層，L/2則代表厚度為1/8波長(zhǎng)的低折射率層，m為周期數(shù)。
類(lèi)似地，低通濾光片的結(jié)為g(H/2)L(HL)(H/2)a。一種具有對(duì)稱(chēng)型周期膜系的高通和低通濾光片的結(jié)構(gòu)分別為g(0.5LH0.5L)ma和g(0.5HL0.5H)ma。
濾光片的分類(lèi).jpg
帶通濾光片：
帶通濾光片只允許較窄波長(zhǎng)范圍的光通過(guò)，常見(jiàn)的是法布里-珀羅型濾光片，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。具體結(jié)構(gòu)為：玻璃襯底上涂一層半透明金屬層，接著涂一層氟化鎂隔層，再涂一層半透明金屬層，兩金屬層構(gòu)成了法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的兩塊平行板。
當(dāng)兩極的間隔與波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)時(shí)，透射光中不同波長(zhǎng)的干涉高峰分得很開(kāi)，利用別的吸收型濾光片可把不允許透過(guò)的光濾掉，從而得到窄通帶的帶通濾光片，其通頻帶寬度遠(yuǎn)比普通吸收型濾光片要窄。另外還有全電介質(zhì)的法布里-珀羅型濾光片。
根據(jù)需要，帶通濾光片的通頻帶可從紅外到紫外。在可見(jiàn)光區(qū)，彩色電視攝像機(jī)中可利用這種濾光片把像分離成不同顏色;在紅外區(qū)，常用于二氧化碳激光器、導(dǎo) 彈制導(dǎo)系統(tǒng)及衛(wèi)星傳感器等。
薄膜濾光片
薄膜濾光片的主要特點(diǎn)是尺寸可做得相當(dāng)大。
薄膜濾光片，又分為薄膜吸收濾光片和薄膜干涉濾光片兩種。前者是在特定材料片基上，用化學(xué)浸蝕使吸收線正好位于需要的波長(zhǎng)處。一般透過(guò)的波長(zhǎng)較長(zhǎng)多用做紅外濾光片。后者是在一定片基，用真空鍍膜法交替形成具有一定厚度的高折射率或低折射率的金屬-介質(zhì)-金屬膜，或全介質(zhì)膜，構(gòu)成一種低級(jí)次的多級(jí)串聯(lián)實(shí)心法布里-珀涉儀。膜層的材料厚度和串聯(lián)方式的選擇，由所需要的中心波長(zhǎng)和透射帶寬λ確定。
濾光片的原理
濾光片是塑料或玻璃片再加入特種染料做成的，紅色濾光片只能讓紅光通過(guò)，如此類(lèi)推。玻璃片的折射率原本與空氣差不多，所有色光都可以通過(guò)，所以是透明的，但是染了染料后，分子結(jié)構(gòu)變化，折射率也發(fā)生變化，對(duì)某些色光的通過(guò)就有變化了。比如一束白光通過(guò)藍(lán)色濾光片，射出的是一束藍(lán)光，而綠光、紅光極少，大多數(shù)被濾光片吸收了。
濾光片的原理.j
如果濾光片的濾光波長(zhǎng)為520nm，那么它對(duì)520nm波長(zhǎng)的光吸收*大，對(duì)520nm左右波長(zhǎng)光的吸收隨著波長(zhǎng)的增加或減少而遞減，這取決于該濾光片的半波寬，超過(guò)半波寬的兩倍，光即不被吸收，可完全通過(guò)。
濾光片的作用
濾光片的作用很大。廣泛用于攝影界。一些攝影大師拍攝的風(fēng)景畫(huà)，為什么主景總是那么突出，是怎樣做到的?這就用到了濾光片。比如你想用相機(jī)起拍一朵黃花，背景是藍(lán)天、綠葉，如果按照平常拍，就不能突出“黃花”這個(gè)主題，因?yàn)辄S花的形象不夠突出。
但是，如果在鏡頭前放一個(gè)黃色濾光片，阻擋一部分綠葉發(fā)出的綠光、藍(lán)天發(fā)出的藍(lán)光，而讓黃花發(fā)出的黃光大量通過(guò)，這樣，黃花就顯得十分明顯了，突出了“黃花”這個(gè)主題。
濾光片的分類(lèi)
濾光片一般式按光譜波段、光譜特性、膜層材料、應(yīng)用特點(diǎn)等特性進(jìn)行分類(lèi)。
濾光片按照光譜特性分類(lèi)可以分為帶通濾光片截止濾光片、二向分光濾光片、中性密度濾光片、反射濾光片等;濾光片按照光譜波段分類(lèi)可以分為紫外波段濾光片、可見(jiàn)光濾光片和紅外波段濾光片;濾光片按照應(yīng)用膜層材料分類(lèi)可以分為軟膜濾光片和硬膜濾光片;濾光片按照應(yīng)用特點(diǎn)分類(lèi)可以分為醫(yī)用生化儀用濾光片、熒光顯微鏡用濾光片、多波段硬膜濾光片等。
常見(jiàn)的濾光片有帶通濾光片，彩色濾光片，紅外濾光片，干涉濾光片，紅外截止濾光片，衰減片，窄帶濾光片及分光片、光學(xué)鏡片等等。如低通濾光片主要用于CCD和CMOS上其作用是：①濾除光線中的紅外光;②修整進(jìn)光。
干涉濾光片
利用干涉原理只使特定光譜范圍的光通過(guò)的光學(xué)薄膜。通常由多層薄膜構(gòu)成。干涉濾光片種類(lèi)繁多，用途不一，常見(jiàn)干涉濾光片分截止濾光片和帶通濾光片兩類(lèi)。
截止濾光片：
截止濾光片能把光譜范圍分成兩個(gè)區(qū)，一個(gè)區(qū)中的光不能通過(guò)(截止區(qū))，而另一區(qū)中的光能充分通過(guò)(通帶區(qū))。典型的截止濾光片有低通濾光片(只允許長(zhǎng)波光通過(guò))和高通濾光片(只允許短波光通過(guò))，它們均為多層介質(zhì)膜，具有由高折射率層和低折射率層交替構(gòu)成的周期性結(jié)構(gòu)。
例如，*簡(jiǎn)單的高通濾光片的結(jié)構(gòu)為g(L/2)(HL)mH(L/2)a，其中g(shù)代表玻璃(光學(xué)元件材料)，a代表膜外空氣，L和H分別代表厚度為1/4波長(zhǎng)的低折射率層和高折射率層，L/2則代表厚度為1/8波長(zhǎng)的低折射率層，m為周期數(shù)。
類(lèi)似地，低通濾光片的結(jié)為g(H/2)L(HL)(H/2)a。一種具有對(duì)稱(chēng)型周期膜系的高通和低通濾光片的結(jié)構(gòu)分別為g(0.5LH0.5L)ma和g(0.5HL0.5H)ma。
濾光片的分類(lèi).jpg
帶通濾光片：
帶通濾光片只允許較窄波長(zhǎng)范圍的光通過(guò)，常見(jiàn)的是法布里-珀羅型濾光片，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具。具體結(jié)構(gòu)為：玻璃襯底上涂一層半透明金屬層，接著涂一層氟化鎂隔層，再涂一層半透明金屬層，兩金屬層構(gòu)成了法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的兩塊平行板。
當(dāng)兩極的間隔與波長(zhǎng)同數(shù)量級(jí)時(shí)，透射光中不同波長(zhǎng)的干涉高峰分得很開(kāi)，利用別的吸收型濾光片可把不允許透過(guò)的光濾掉，從而得到窄通帶的帶通濾光片，其通頻帶寬度遠(yuǎn)比普通吸收型濾光片要窄。另外還有全電介質(zhì)的法布里-珀羅型濾光片。
根據(jù)需要，帶通濾光片的通頻帶可從紅外到紫外。在可見(jiàn)光區(qū)，彩色電視攝像機(jī)中可利用這種濾光片把像分離成不同顏色;在紅外區(qū)，常用于二氧化碳激光器、導(dǎo) 彈制導(dǎo)系統(tǒng)及衛(wèi)星傳感器等。
薄膜濾光片
薄膜濾光片的主要特點(diǎn)是尺寸可做得相當(dāng)大。
薄膜濾光片，又分為薄膜吸收濾光片和薄膜干涉濾光片兩種。前者是在特定材料片基上，用化學(xué)浸蝕使吸收線正好位于需要的波長(zhǎng)處。一般透過(guò)的波長(zhǎng)較長(zhǎng)多用做紅外濾光片。后者是在一定片基，用真空鍍膜法交替形成具有一定厚度的高折射率或低折射率的金屬-介質(zhì)-金屬膜，或全介質(zhì)膜，構(gòu)成一種低級(jí)次的多級(jí)串聯(lián)實(shí)心法布里-珀涉儀。膜層的材料厚度和串聯(lián)方式的選擇，由所需要的中心波長(zhǎng)和透射帶寬λ確定。
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采用德國(guó)薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating, 激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、紅外制導(dǎo)、面部識(shí)別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫(huà)框等。
