濾光片是一種用于選取所需輻射波段的光學(xué)元件。

一、定義與類(lèi)別

濾光片的主要功能是選取所需輻射波段，具體而言，它分為兩大類(lèi)，顏色濾光片與薄膜濾光片。

顏色濾光片：顏色濾光片是一種通過(guò)吸收或反射非特定顏色的光線(xiàn)來(lái)傳遞特定顏色光線(xiàn)的濾光片。它通常由彩色染料或顏料制成，可以呈現不同的顏色和飽和度。顏色濾光片在攝影、攝像、舞臺照明等領(lǐng)域有廣泛應用，用于改變圖像的色彩平衡和增強特定顏色的對比度。

（青藍色有色玻璃）

薄膜濾光片：薄膜濾光片是通過(guò)在基材上涂覆多層光學(xué)薄膜來(lái)實(shí)現對特定波長(cháng)光線(xiàn)的透射或反射的濾光片。它可以根據需要設計不同的光譜響應曲線(xiàn)，實(shí)現帶通、截止、分光等多種光學(xué)效果。薄膜濾光片在光譜分析、生物醫學(xué)成像、激光系統等領(lǐng)域有廣泛應用，用于提高光學(xué)系統的性能和精度。

（鍍膜BP590窄帶濾光片）

二、濾光片的組成

從整體而言，濾光片組成可以簡(jiǎn)單劃為兩部分，即基材和光學(xué)薄膜。

基材：濾光片的基材可以是玻璃、塑料或其他透明材料?；牡倪x擇取決于應用需求等，例如光學(xué)性能、機械強度、耐溫性、成本等因素。玻璃基材通常具有優(yōu)異的光學(xué)性能和穩定性，適用于高精度應用；而塑料基材則具有輕便、成本低的優(yōu)點(diǎn)，適用于大規模生產(chǎn)和消費級應用。

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（基材透明玻璃）

光學(xué)薄膜：光學(xué)薄膜是濾光片的核心部分，它決定了濾光片的光學(xué)性能。光學(xué)薄膜通常由多層不同折射率的材料組成，通過(guò)精確控制每層材料的厚度和折射率，可以實(shí)現對特定波長(cháng)光線(xiàn)的透射或反射。不同類(lèi)型的濾光片具有不同的光學(xué)薄膜設計和結構，以實(shí)現不同的光學(xué)效果。

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三、濾光片分類(lèi)

濾光片主要可以按照光譜波段、膜層材料、光譜特性、應用特點(diǎn)等方式分類(lèi)：

光譜波段分類(lèi)

紫外濾光片：用于過(guò)濾提取某個(gè)紫外波段范圍的濾光片。

可見(jiàn)濾光片：用于選擇性通過(guò)可見(jiàn)光的光學(xué)濾光片。

紅外濾光片：用于篩選通過(guò)紅外波段光線(xiàn)的光學(xué)元件。

（圖源網(wǎng)絡(luò )，侵刪）

膜層材料分類(lèi)

軟膜濾光片：由低硬度材料組成的多層薄膜光學(xué)元件，主要用于生化分析儀當中。

硬膜濾光片：由高硬度特殊膜層組合的光學(xué)元件，具有較高的激光閾值，在激光系統中廣泛應用。

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光譜特性分類(lèi)

帶通濾光片：選定某個(gè)通帶波段范圍的光通過(guò)，通帶以外的光截止，根據通帶范圍分為窄帶濾光片和寬帶濾光片，窄帶濾光片的通帶相對來(lái)說(shuō)比較窄，一般為中心波長(cháng)值的5%以下。

（帶通窄帶濾光片光譜圖）

截止濾光片，根據光譜特性分為長(cháng)波截止與短波截止。

長(cháng)波截止特性為短波通濾光片，也叫低通濾光片，光譜表現為特定某個(gè)波段長(cháng)波被截止使得該波段短波方向通過(guò)。

（短波通濾光片光譜圖）

短波截止特性為長(cháng)波通濾光片。也叫高通濾光片，光譜表現為特定某個(gè)波段短波被截止使得該波段長(cháng)波方向通過(guò)。

（長(cháng)波通濾光片光譜圖）

分光濾光片：一種基于光的干涉、衍射現象以及濾光片材料對特定波長(cháng)光的吸收特性來(lái)實(shí)現分光的光學(xué)器件。

中性密度濾光片:也叫衰減片，是一種能夠在廣泛的光譜范圍內均勻（非選擇性）衰減光線(xiàn)強度且實(shí)現精確的光量控制光學(xué)衰減器。

負性濾光片：即陷波濾光片或帶阻濾光片，是一種可以透過(guò)絕大多數波長(cháng)光，但將特定波長(cháng)范圍內（阻帶）的光衰減到極低水平的光學(xué)元件。 

二向色濾光片：一種能夠在特定角度（如45°）下反射一種顏色光（激發(fā)光）并透射另一種顏色光（發(fā)射光），且激發(fā)光的反射率和發(fā)射光透射率均可達到90%以上的特殊光學(xué)元件。

應用特點(diǎn)分類(lèi)

顏色濾光片：這是各種顏色的平板玻璃或明膠片，其透射帶寬數百埃，多用在寬帶測光或裝在恒星攝譜儀中，以隔離重疊光譜級次。

薄膜濾光片：一般透過(guò)的波長(cháng)較長(cháng)，多用做紅外濾光片。

四、濾光片原理

（圖源網(wǎng)絡(luò )，侵刪）

濾光片原理主要基于不同波長(cháng)光的吸收、干涉、衍射以及反射特性的差異實(shí)現篩選，可分為吸收型、干涉型和衍射型、反射型。

吸收型濾光片：利用特定材料對光的吸收特性來(lái)實(shí)現濾波。光線(xiàn)穿過(guò)濾光片時(shí)，其內部材料會(huì )吸收某些波長(cháng)的光，而允許其他波長(cháng)的光通過(guò)。通過(guò)選擇性吸收達到濾除其他不需要的光，只允許特定波長(cháng)的光通過(guò)，如有色玻璃，吸收型中性密度濾光片。

干涉型濾光片：利用多層薄膜對光的干涉原理，實(shí)現對特定光譜范圍的光的選取和通過(guò)，如帶通濾光片、截止濾光片、二向色濾光片。

衍射型濾光片：一種通過(guò)特定圖案或結構使光在通過(guò)時(shí)發(fā)生衍射，從而實(shí)現對特定波長(cháng)光的選擇的光學(xué)元件。

反射型濾光片：一種利用多層膜干涉原理實(shí)現特定波長(cháng)光線(xiàn)反射的光學(xué)元件，用于精確控制光線(xiàn)的光譜分布。

五、濾光片作用

1.分離光譜：通過(guò)透射或反射特定波長(cháng)的光，濾光片可以將混合光分解為不同的顏色或波長(cháng)成分，這在光譜分析、光學(xué)測量和科研實(shí)驗中非常重要。

2.控制光強：濾光片可以減弱或增強特定波長(cháng)的光強，從而調整光源的亮度或顏色。這在攝影、照明和顯示技術(shù)中非常有用，可以幫助攝影師或設計師實(shí)現特定的視覺(jué)效果。

3.去除干擾光：在某些應用中，需要去除或降低某些波長(cháng)光的干擾。濾光片可以有效地阻擋這些干擾光，提高成像質(zhì)量或測量精度。

4.激光波長(cháng)選擇：在激光技術(shù)中，濾光片可以用于選擇激光的波長(cháng)，確保激光輸出具有所需的波長(cháng)和純度。

5.防護和保護：濾光片還可以用于保護眼睛或設備免受有害光線(xiàn)的傷害，如紫外線(xiàn)（UV）濾光片可以阻擋紫外線(xiàn)以保護皮膚和眼睛。

六、濾光片參數

中心波長(cháng)：峰值透過(guò)率一半位置的中點(diǎn)（帶通），形容長(cháng)波通/短波通時(shí)為峰值透過(guò)率一半位置波長(cháng)。

峰值透過(guò)率：光線(xiàn)進(jìn)入濾光片透過(guò)最高位置的百分比。

截止率：也叫光密度，光密度與透過(guò)率成反比，光密度越高透過(guò)率越低。光線(xiàn)透過(guò)率低于10%后表現為截止，常用OD值表示，公式為OD=-log（T），OD1為0.1，OD2為0.01以此類(lèi)推。

截止波段：表示截止帶的范圍，一般描述除通帶外該濾光片的截止波段。

帶寬：常描述帶通濾光片，通帶峰值透過(guò)率一半位置所在波長(cháng)范圍，波長(cháng)范圍越短精度越高。

斜率：邊緣濾光片從高截止轉換為高透射率的帶寬的陡峭程度，斜率越大，濾光片在截止和透射之間的轉換越陡峭，常用于長(cháng)/短波通濾光片。

尺寸：常用mm表示，濾光片的尺寸對參數的影響巨大，尺寸的把控嚴重影響濾光片的性能，包括過(guò)濾范圍、透射性能、公差精度等等因素。