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濾光片分類介紹以及如何選擇
更新時間:2024-04-17   點(diǎn)擊次數(shù):2049次

濾光片是用來選取所需輻射波段的光學(xué)器件,可針對性選擇光譜波長透過、反射、截止、衰減。應(yīng)用十分廣泛,常用于顯微鏡、光譜學(xué)、化學(xué)分析和機(jī)器視覺等。

如何選擇合適的濾光片一直是我們在研究中需要考慮的問題,通常我們按這樣的思路來進(jìn)行選型:一是通過目標(biāo)功能來選擇濾光片的類型,二是通過目標(biāo)性能來選擇具體的產(chǎn)品。


一、濾光片類型

濾光片產(chǎn)品主要按制作原理、光譜特性、應(yīng)用特點(diǎn)等方式分類。

-------根據(jù)濾光片的原理,可分為吸收型和干涉型兩類。

1、吸收型濾光片(Barrier filter)

吸收型濾光片是在樹脂或玻璃材料中混入特殊染料制成,根據(jù)對不同波長光吸收的能力不同,就可以起到濾波的作用效果。帶顏色的玻璃濾光片在市場上的普及z廣。

其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定、均勻、具有良好的光束質(zhì)量,無需鍍膜,而且制造成本低廉,但是它的存在通帶比較大的缺點(diǎn),通常很少有低于30nm 的,透過率有限。

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2、干涉濾光片(Bandpass interference filters)

干涉型濾光片通過在基片上鍍制多層折射率高低交替的光學(xué)薄膜制成,形成多級串聯(lián)的法布里-珀luo干涉儀。利用干涉原理從而讓特定光譜范圍的光波透過。鍍膜可以實(shí)現(xiàn)多種功能,達(dá)到較高的透過率,但成本有所增加。

目前干涉型濾光片的種類更多,應(yīng)用相對更廣。其中應(yīng)用比較多的干涉濾光片有帶通濾光片、長通濾光片、短通濾光片、二向色濾光片等。常用于顯微鏡、光譜學(xué)、化學(xué)分析和機(jī)器視覺。

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-------根據(jù)濾光片對光譜的調(diào)制特性,通??梢苑譃閹V光片、陷波濾光片、截止(邊通)濾光片、二向色鏡、中性密度濾光片等。

1、帶通濾光片:(Bandpass Filters):

只可以使某個特定波長或波段的光透射過,通帶之外的光被反射或吸收不能夠透過。

10nm 或更低的 FWHM 被認(rèn)為是窄帶,通常用于激光凈化和化學(xué)檢測。 25-50nm 的FWHM 經(jīng)常用于機(jī)器視覺應(yīng)用;超過50nm 的FHWM 被認(rèn)為是寬帶,通常用于熒光顯微鏡應(yīng)用。

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2、陷波濾光片(Notch Filters)

陷波濾光片只阻擋特定波段的光,而允許其他波段的光透射。也叫帶阻濾光片。

陷波濾光片一般用于隔離激光,比如為了增強(qiáng)拉曼信噪比,可以在探測通道中用陷波濾光片隔離泵浦激光,否則微弱的拉曼信號可能被淹沒。另外,陷波濾光片還常用于基于激光的熒光儀器和生物激光系統(tǒng)。

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3、邊通濾光片

也稱截止濾光片(Cut-off filter),能使特定波長一側(cè)的光透射,另一側(cè)的光被反射或吸收。將光譜分為兩個區(qū)域,一個區(qū)的光不能通過稱此區(qū)為截止區(qū),而另一個區(qū)的光能夠充分通過稱為通帶區(qū)。邊通濾光片分為長波通濾光片和短波通濾光片。

長波通濾光片(Longpass Filter): 是指特定的波長范圍內(nèi),長波方向是透過的,而短波方向是截止的,起到隔離短波的作用。

短波通濾光片(Shortpass Filter): 是指特定的波長范圍內(nèi),短波方向是透過的,而長波方向是截止的,起到隔離長波的作用。image.png

4、二向色鏡(Dichroic filter)

二向色鏡在45°入射情況下使用,能使特定波長一側(cè)的光透射,另一側(cè)的光被反射,除此之外,二向色鏡可以同時實(shí)現(xiàn)分光/合束功能。也分為長波通二向色鏡和短波通二向色鏡。

典型應(yīng)用:

熒光顯微鏡

•兩束不同波長的光束的分束或合束

濾除光譜的某個波段

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5 中性密度濾光片(Neutral Density Filters)

也稱為衰減片,中灰密度鏡,簡稱ND 鏡。

中性密度濾光片在正入射情況下使用,可對工作波長范圍內(nèi)的光同時實(shí)現(xiàn)衰減功能,降低光能量。這種濾光作用是非選擇性的,也就是說,ND 鏡對各種不同波長的光線的減少能力是同等的、均勻的,只起到減弱光線的作用,而對原物體的顏色不會產(chǎn)生任何影響,因此可以真實(shí)再現(xiàn)景物的反差。

ND 濾光片通常由其光密度(OD)定義,其描述了濾光片阻擋的能量量。高光密度值表示透射率非常低,低光密度表示高透射率。ND 濾光片可以堆疊以實(shí)現(xiàn)定制的光密度。要計(jì)算最終系統(tǒng)OD,只需將每個濾光片的OD 相加。

ND 濾光片有兩種類型:反射型和吸收型。反射型 ND 濾光片由薄膜光學(xué)涂層組成,通常為金屬涂層,已應(yīng)用于玻璃基底上。該涂層可針對特定波長范圍(如UV-VIS 或NIR)進(jìn)行優(yōu)化。薄膜涂層主要將光反射回光源。應(yīng)特別注意確保反射光不會干擾系統(tǒng)設(shè)置。吸收型ND 濾光片利用玻璃基板吸收特定百分比的光。


ND 濾光片通常用于防止強(qiáng)光源使相機(jī)的傳感器或光學(xué)元件損傷。

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總結(jié):

若只需要某波長通過,選帶通濾光片。

若只需要某波長不通過,選陷波濾光片。

若需要某波長一側(cè)通過而另一側(cè)不通過,選邊通濾光片或二向色鏡。若同時有分

光/合束需求,則選二向色鏡。

若需要與波長無關(guān)的光衰減功能,選中性密度濾光片。


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