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一篇文章帶你認(rèn)�(shí)濾光片的世界

2024-12-21 派大�

濾光�,即擁有濾光效果的片狀光學(xué)元件,能夠針�(duì)光學(xué)�(jìn)行有效濾泀分�、衰減以及反�,在不同的應(yīng)用領(lǐng)�,濾光的目的可不僅僅是為了簡(jiǎn)單的�(jìn)行濾波處�,它�“濾光”功能可根據(jù)�(shí)際應(yīng)用情況而變��


 一篇文章帶你認(rèn)識(shí)濾光片的世界


分類(lèi)特征

從整體分�(lèi)�,一般可以分為顏色濾光片和鍍膜濾光片,顏色濾光片一般在制作加入特殊染料使其具備光學(xué)特�,鍍膜濾光片通過(guò)其鍍制的特殊�(jié)�(gòu)膜層材料獲得一定的光學(xué)篩選特性�

 光譜圖

從光譜波�,一般分為:

紫外濾光�180-400nm

可見(jiàn)光濾光片400-700nm

紅外�700nm-14μm

紅外濾光片還可分為近紅外700nm-1.5μm,中紅外1.5-6μm,遠(yuǎn)紅外6-14μm

這是濾光片制作所形成的一�(gè)光譜分類(lèi),與我們的光線波段略有一些區(qū)�,這些區(qū)別具體跟濾光片的基材以及鍍膜工藝相關(guān)�

光譜分類(lèi)的很好理解,即用于篩選該�(lèi)型光譜范圍內(nèi)特定的波�,如紫外濾光片則用于篩選特定紫外范圍的光線,可見(jiàn)光和紅外同理�

 紅外范圍分布圖

從光譜類(lèi)型分�(lèi)一般分為:帶通濾光片、截止濾光片、陷波濾光片(也叫帶阻濾光片、負(fù)性濾光片��

帶通濾光片,即光譜中擁有一條(單帶通)或多條(多帶通)某�(gè)區(qū)間范圍的通帶,主要基于法布里-珀羅腔的相�(zhǎng)干涉條件,這使得中心波�(zhǎng)和中心波�(zhǎng)兩側(cè)小范圍內(nèi)的光能夠有效地透射,而通帶外的光則�(huì)被阻止透射�

 帶通濾光片光譜圖

根據(jù)通帶范圍的大�,我們一般分為寬帶濾光片和窄帶濾光片,一般情況下窄帶濾光片需要單�(dú)�(qiáng)�(diào),其通過(guò)的通帶范圍為其中心波長(zhǎng)�5%以下,寬帶濾光片一般具備較廣的適應(yīng)性,而窄帶濾光片則擁有更高的精度,通帶范圍越小越精�(zhǔn)�

 雙帶頭濾光片光譜圖

截止濾光�,截止濾光片一般指的是特定某�(gè)范圍以上或以下光截止的濾光片,光通過(guò)短波截止�(zhǎng)波方向的一般稱為短波通濾光片;通過(guò)�(zhǎng)波方向截止短波方向光的一般稱為長(zhǎng)波通濾光片�

 長(zhǎng)波通光譜圖圖解

最常見(jiàn)短波濾光片的就是我們手�(jī)鏡頭里的紅外截止濾光片,它就是作為截止紅外光的短波濾光片,其次還有安防監(jiān)控,紅外截止濾光片能夠有效阻截白天紅外光�(duì)�(shù)字圖像傳感器的影�。其次便是生活中常見(jiàn)的長(zhǎng)波通濾光片,如家用光子美容儀,其�(nèi)部就配置了用于長(zhǎng)波治療美容光的濾光片,當(dāng)然有些針�(duì)性美容是用帶通濾光片�

 短波通光譜圖

從功能原理分�(lèi)一般分為:吸收濾光�、反射濾光片、分光濾光片、中性密度濾光片(也叫ND衰減片)、偏振濾光片、干涉濾光片�

 

吸收濾光片,通過(guò)�(shù)脂材料或者玻璃材料在制作�(guò)程中加入特殊染料或吸光物�(zhì)形成具有一定吸收光線能力的濾光�,吸收型濾光片常�(jiàn)的代表有有色玻璃、中性密度濾光片�


 紅色有色玻璃


有色玻璃是吸收濾光片的一種常�(jiàn)形式,通過(guò)在玻璃中加入某些有色金屬氧化物等著色�,使得玻璃對(duì)某些波長(zhǎng)范圍的光具有�(qiáng)烈的吸收能力,而透過(guò)光則呈單色性。這種濾光片在攝影、顯示器等領(lǐng)域有廣泛�(yīng)��


 中性密度濾光片效果圖


中性密度濾光片也叫ND濾光片或ND�,通常由多層薄膜堆積而成,能�?qū)⑺胁ㄩL(zhǎng)的光線都均勻吸收。透過(guò)的光線強(qiáng)度大約是輸入光線�1/n(n為ND值)。這種濾光片主要用于調(diào)節(jié)光線�(qiáng)�,在攝影、攝像等�(lǐng)域有廣泛�(yīng)��


 650nm反射鏡

�650nm反射鏡)


反射濾光片,反射濾光片最大的特征就是高反�,反射濾光片的最大特征就是其�(nèi)部的反射鏡結(jié)�(gòu),這種�(jié)�(gòu)使得濾光片能夠在特定波段范圍�(nèi)呈現(xiàn)高反�,而在其他波段范圍則可能呈�(xiàn)高透過(guò)�


 1550nm反射鏡

�1550nm反射鏡)


比如常見(jiàn)的某�(gè)固定波段反射的反射型濾光�,比�1550nm反射�,它�1550nm某�(gè)范圍區(qū)間呈�(xiàn)高反射,但在其他波段范圍可能呈現(xiàn)高透過(guò),這種特性使�1550nm反射鏡在激光系�(tǒng)、光�(xué)通信等領(lǐng)域有廣泛�(yīng)�,例如用于激光器的輸出耦合�、光�(xué)隔離器等�


 55分光片


分光濾光片,分光濾光片最明顯的一�(gè)常見(jiàn)�(chǎn)品便是二向色鏡及一些比例的分光鏡(�5�5分光�-半透半反)。二向色鏡(Dichroic Mirrors )又稱雙色鏡,常用于激光技�(shù)�。其特點(diǎn)是對(duì)一定波�(zhǎng)的光幾乎完全透過(guò),而對(duì)另一些波�(zhǎng)的光幾乎完全反射。采用硬膜生�(chǎn)工藝,對(duì)特定的熒光團(tuán)分析�(jìn)行隔離和�(shí)�,可改變特定激光的光路方向分束與合�,以節(jié)省能耗并提升�(shè)備精確度,其特點(diǎn)有激光損失小,高投射�,高反射鏡,波長(zhǎng)定位�(zhǔn)�

 透藍(lán)綠反紅二向色鏡

透藍(lán)綠反紅二向色�


偏振濾光片,也叫偏振�,它的工作原理類(lèi)似于百葉窗。能有選擇地讓某�(gè)方向振動(dòng)的光線通過(guò),這種特性使得偏振片在改變光的平衡和減少眩光方面非常有效,在彩色和黑白攝影中常用�(lái)消除或減弱非金屬表面的強(qiáng)反光,從而消除或減輕光斑。例如,在景物和�(fēng)光攝影中,常用來(lái)表現(xiàn)�(qiáng)反光處的物體的質(zhì)�,突出玻璃后面的景物,壓暗天空和表現(xiàn)�(lán)天白云等�


 偏振片


干涉濾光�是一種利用光的薄膜干涉原�,只使特定光譜范圍的光通過(guò)的光�(xué)薄膜,通常由多層薄膜構(gòu)�,當(dāng)光通過(guò)干涉濾光片的多層薄膜�(jié)�(gòu)�(shí),不同波�(zhǎng)的光在膜層之間發(fā)生反射和干涉。這種干涉�(huì)�(dǎo)致特定波�(zhǎng)的光波相互增�(qiáng),而其他波�(zhǎng)的光波相互抵�。這樣,只有滿足特定條件的波長(zhǎng)能夠透過(guò)濾光�,而其他波�(zhǎng)的光則被反射或吸��

 干涉原理圖

(圖源百度百�,侵刪)

從膜層類(lèi)型分�(lèi),我們可以簡(jiǎn)單分為軟膜濾光片和硬膜濾光片�

軟膜濾光片是一種由多層薄膜組成的光�(xué)元件,通常,這些薄膜可能由硫化鋅、冷凍劑、甚至是銀等材料制�。這些膜層具有相對(duì)較低的硬度,且通過(guò)精確控制膜層的材料、厚度和�(jié)�(gòu),可以實(shí)�(xiàn)�(duì)光波傳輸特性的精確�(diào)�。當(dāng)光線通過(guò)軟膜濾光片時(shí),不同波�(zhǎng)的光波會(huì)在膜層中�(fā)生干�、衍射等效應(yīng),從而導(dǎo)致特定波�(zhǎng)的光波被反射、吸收或透射�


 藍(lán)寶石濾光片

(藍(lán)寶石濾光片)

硬膜濾光片是一種具有特殊膜層的光學(xué)元件,膜層具有較高的硬度和激光損傷閾�。這種高硬度使得硬膜濾光片能夠承受高強(qiáng)度的激光照射而不易受到損�,因此它廣泛�(yīng)用于激光系�(tǒng)�(yīng)用中。硬膜濾光片的膜層通常由多層特殊材料組成,這些材料�(jīng)�(guò)精密�(shè)�(jì)和制�,以�(shí)�(xiàn)�(duì)特定波長(zhǎng)激光的精確�(diào)控。當(dāng)激光通過(guò)硬膜濾光片時(shí),膜層會(huì)�(duì)激光�(jìn)行吸收、反�、透射或散射等操作,從而實(shí)�(xiàn)�(duì)激光光譜的�(diào)��

 

從基材類(lèi)型分�(lèi),我們簡(jiǎn)單可以分為兩�(gè)大類(lèi),塑料基濾光片和玻璃基濾光片,其次還有一些單晶基材等,不同的基材�(jié)�(gòu)也導(dǎo)致了濾光片鍍制后性能的最�(yōu)參數(shù)�

 紅外亞克力

(紅外亞克力濾光�


塑料濾光片以聚碳酸酯、聚乙烯等塑料為基礎(chǔ)材料,具有輕�、成本低、易于加工成型等特點(diǎn),特別適合大�(guī)模生�(chǎn),但耐溫性和化學(xué)�(wěn)定性較�,且透過(guò)率有限,容易受環(huán)境影響而老化,可能需要頻繁更�,適用于短期使用或低�(qiáng)度應(yīng)用,如戶外拍�、玩�、裝飾品��

 

熱吸收玻璃

(熱吸收玻璃�

玻璃濾光片以光學(xué)玻璃為基材,由于不同的玻璃牌�(hào)(如BK7、K9等)不同,其性質(zhì)也不一,玻璃鍍膜的濾光片具有優(yōu)異的光學(xué)性能和化�(xué)�(wěn)定�,具有耐磨�、抗腐蝕,能夠在惡劣�(huán)境下�(zhǎng)�(shí)間使用,不易受溫度變化影�,在可見(jiàn)光和近紅外波段具有理想的高透過(guò)率,能夠滿足大多�(shù)光學(xué)�(yīng)用的需�� 

 

不同的基材都有自身的適用性以及短板,比如到了�(yuǎn)紅外�(yīng)用下,玻璃基材的缺陷也就隨著溢出,此刻就需要選擇其它的備選型基�,如�、鍺�

 

基材名稱

適用波段范圍(μm�

主要特點(diǎn)與應(yīng)�

硫化鋅(ZnS�

0.39~13

具有較高的透明度和熱導(dǎo)�,適用于制作紅外窗口和透鏡,在深紫外光和短波長(zhǎng)紫外光光源的制造中也有�(yīng)��

硒化鋅(ZnSe�

0.614(或0.515�

黃色透明的多晶材料,具有高透明度和熱導(dǎo)�,適用于紅外光學(xué)元件,特別是高功率CO2激光器系統(tǒng)中的光學(xué)器件�

氟化鈣(CaF?�

0.15~8.5(或0.11~8.5)或可見(jiàn)光(0.4~0.7)、近紅外�0.7~1�、紫外(0.2~0.4�

具有高的折射率均勻性和低的色散,在紫外、可�(jiàn)光到中紅外區(qū)域都有良好的透光性,適用于紅外透鏡、窗口等光學(xué)元件�

鍺(Ge�

212(或12�214�14300�

透光范圍較寬,可以覆蓋從短波紅外到長(zhǎng)波紅外的廣泛波段,廣泛用于紅外成像系�(tǒng)和紅外光譜儀系統(tǒng)�

硅(Si�

1.2~8

在紅外波段的透光范圍主要集中�1.2微米�8微米之間,其�1.24μm為近紅外波段�48μm為遠(yuǎn)紅外波段,適用于紅外傳感器、紅外成像系�(tǒng)��

�(lán)寶石

0.15~6

光學(xué)穿透帶很寬,覆蓋了紫外、可�(jiàn)、近紅外以及中紅外波�,在1.0~5.5μm范圍�(nèi)有十分優(yōu)異的光學(xué)透過(guò)性能�

光學(xué)玻璃

0.35~2.5

光學(xué)性質(zhì)�(wěn)�,透光率高,可以在較寬的波�(zhǎng)范圍�(nèi)提供�(wěn)定的濾光效果,常用于熱成像系�(tǒng)、紅外傳感器和紅外攝像機(jī)等設(shè)備中�

�(shù)脂(如PC、PMMA�

依樹(shù)脂種�(lèi)和配方而定,通常覆蓋可見(jiàn)光和部分近紅�

易于加工,適合批量化的一般應(yīng)�,如紅外濾光��

 

 

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