光学滤光片

滤光片选择性地透射光谱的一部分，同时拒绝透射其余部分。爱特蒙特光学的光学滤光片常用于显微镜、光谱学、化学分析和机器视觉，可提供各种过滤类型和精度等级。本应用笔记介绍了用于制造爱特蒙特光学滤光片的不同技术、一些关键规范的定义以及爱特蒙特光学提供的各种滤光片的描述。

光学滤光片关键术语

虽然滤光片与其他光学组件有许多相同的规范，但是为了有效地了解并确定哪种滤光片最适合您的应用，应该了解滤光片中的许多特定规范。 

中心波长 (CWL)

用于定义带通滤光片的中心波长描述频谱带宽的中点，滤光片在此之上传输。传统的镀膜光学滤光片倾向于在中心波长附近达到最大的透射率，而镀加硬膜的光学滤光片往往在光谱带宽上有相当平坦的传输轮廓。 

带宽

带宽是一个波长范围，用于表示频谱通过入射能量穿过滤光片的特定部分。带宽又称为FWHM（图1）。

图 1: 中心波长和半峰全宽说明

半峰全宽 (FWHM)

FWHM 描述带通滤光片将传输的频谱带宽。该带宽的上限和下限是在滤光片达到最大透射率的 50% 时的波长下定义的。例如，如果滤光片的最大透射率是 90%，那么滤光片达到透射率之 45% 时的波长将定义 FWHM 的上限和下限。10 纳米或更低的 FWHM 被认为是窄带，通常用于激光净化和化学检测。25-50 纳米的 FWHM 经常用于机器视觉应用；超过 50 纳米的 FHWM 被认为是宽带，通常用于荧光显微镜应用。 

截止范围

阻断范围是用于表示通过滤光片衰减的能量光谱区域的波长间隔（图2）。阻断程度通常会在光密度中指定。

图 2: 截止范围说明

斜率

斜率是通常在边缘滤光片上定义的规范，如短波通或长波通滤光片，用来描述滤光片从高截止转换为高透射率的带宽。可以从各种起点和终点指定斜率，作为截止波长的百分比。爱特蒙特光学有限公司通常将斜率定义为从 10% 传输点到 80% 传输点的距离。例如，将期望具有 1% 斜率的 500 纳米长波通滤光片在 5 纳米（500 纳米的 1%）带宽上从 10% 的透射率转换为 80% 的透射率。 

光密度(OD)

光密度描述被滤光片阻断或拒绝的能量量。高光密度值表示低透射率，低光密度则表示高透射率。6.0或更大的光密度用于极端的阻断需求，如拉曼光谱或荧光显微镜。3.0-4.0的光密度是激光分离和净化、机器视觉和化学检测的理想选择，而 2.0 或更少的光密度是颜色排序和分离光谱顺序的理想选择。 

图 3: 光密度说明

二向色性滤光片

二向色性滤光片是用于取决于波长透射率或反射光的滤光片类型；特定波长范围透射的光则鉴于不同范围的光线反射或吸收（图4）。二向色性滤光片常用于长波通和短波通应用。

图 4: 二向色性滤光片镀膜说明

起始波长

起始波长是用于表示在长波通滤光片中透射率增加至50%波长的术语。起始波长由图5中的λcut-on起始表示。

图 5: 起始波长说明

截止波长

截止波长是用于表示在短波通滤光片中透射率降低至50%波长的术语。截止波长由图6中的λcut-off截止表示。

图 6: 截止波长说明

光学滤光片制造技术

吸收性和二向色性滤光片

范围广泛的光学滤光片可分成两大类：吸收性和二向色性。两者的区别不在于它过滤什么，而是如何滤光。吸收性滤光片的光线阻断以玻璃基片的吸收特性为基础。换句话说，被阻断的光线不会反射回滤光片；相反的，光线被它吸收且包含在滤光片内。在系统内多余的光线形成噪音的问题时，吸收性滤光片是理想的选择。吸收性滤光片也具有角度不敏感的额外功能；光线可从各种角度入射滤光片且滤光片将保持其透射和吸收特性。

相反的，二向色性滤光片的运作是反射多余的波长并透射所需的频谱部分。在一些应用中，这是一个需要的效果，因为光可以通过波长分开为两个来源。这可通过增加单层或多层不同折射指数的材料完成干涉光波性质来实现。在干涉滤光片，光从较低折射率材料的移动将反射高折射率材料；只有特定角度和波长的光将积极干涉传入光束并穿过材料，而其他所有的光线将相消干涉并反射材料（图7）。其他有关干扰的信息，请参阅“光学101：1级的理论基础”。

图 7: 在玻璃基片上交替的高与低指标材料的多层沉积

与吸收性滤光片不同，二向色性滤光片具有极高的角度敏感。 当用于任何角度的设计用途之外时，二向色性滤光片无法满足最初标示的透射率和波长规格。通过二向色性滤光片提高入射角将使它移向较短的波长（即对蓝波长）；降低角度则会移向较长的波长（即对红波长）。

探索二向色性带通滤光片

带通滤光片用于广泛的行业，可以是二向色性或彩色基片。二向色性带通滤光片是由两种不同的技术制造的：传统和加硬溅射法，或镀加硬膜。这两种技术通过在玻璃基片上交替的高与低折射率材料的多层沉积实现其独特的透射率和反射特性。事实上，根据应用的不同，在特定基片上每面可能有超过100层材料沉积。

传统镀膜滤光片和加硬溅射法滤光片之间的差别是基片层数。在传统镀膜带通滤光片，不同的指标材料层沉积在多个基片上然后再夹在一起。例如，假设图7中的图片重复叠加甚至超过100倍。这个技术导致降低透射率的厚滤光片。透射的减少是由于入射光穿过并通过数个基片层被吸收和/或反射所导致的。相反的，在加硬溅射法带通滤光片，不同的指标材料只沉积在单个基片上 图8）。这个技术导致高透射率的薄滤光片。有关制造技术的其他信息，请参阅“光学镀膜简介”。请查看硬镀膜的好处，帮助您选择适合应用的滤光片。

图 8: 传统滤光片（左）和加硬溅射法滤光片（右）

光学滤光片类型

为了帮助了解当今各种光学滤光片之间的相似性和差异性，请参考十个最受欢迎的类型。以下的选择指南包含简短说明以及产品样品图像和易于比较的性能曲线。