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一文带你认识滤光片的种类及原理

2024-04-13 林树鑫

滤光片,一种可以用来选取所需辐射波段的光学器件。我们都知道,滤光片的作用便是通过选择性地控制不同波长的光透射。其在生活中的分布非常广泛,包括手机、汽车电子、医疗影像、传感器、视听/数码电子产品等等多个领域,那么这些滤光片究竟有何不同,它们都有哪些分类,分别都发挥着哪些作用!今天澳门新莆京游戏app就为简单大家介绍一下!

一文带你认识滤光片的种类及原理


滤光片一般根据光谱波段可分为,紫外滤光片、可见滤光片和红外滤光片。

按光谱特性又分为带通滤光片、截止滤光片、分光滤光片、中性密度滤光片、反射滤光片;

按膜层材料又分为软膜滤光片和硬膜滤光片。

根据其允许通过的光,并切断通带以外的光又分出带通型,同时分出窄带与宽带。

按通过的选定波的光又区分为短波通型(低波通)和长波通型(高波通)。


各分类滤光片的说明

根据自然光光谱波段的分类,我们一般分为紫外滤光片、可见滤光片和红外滤光片。


紫外滤光片,其原理便是通过使用分散在玻璃材料中的吸光物质来控制入射光的波长。这种滤光片可以吸收可见光,又允许紫外光通过,也允许部分近红外光通过。这种滤光片主要功能用于提取紫外光,比如汞灯的紫外光。


可见光滤光片是一种将可见光根据其颜色进行分离和调节的光学器件,其原理是基于光的衍射和吸收,通过吸收或反射不需要的光谱成分,让需要的光谱成分通过,从而实现对光的分离和调制。不同类型的滤光片可以根据其光学性质来分为吸收型和反射型两种。


吸收型则以通过吸收某些波长的光线来控制可见光的颜色和亮度。

反射型则是利用多层膜的干涉现象实现的,其中的反射波与透射波干涉形成光学谐振腔,只有特定波长的光线能够通过。


滤光片

(澳门新莆京游戏app1150nm红外带通滤光片


红外滤光片是一种能够只透过红外光,而阻挡可见光和紫外光的光学器件。它们的原理是利用不同波长的光在不同材料中的折射率和反射率的差异,从而实现选择性地透射或反射特定波段的光。红外滤光片通常由特殊的材料制成,如金属氧化物、氟化物等,这些材料被设计成具有特定的光谱特性,使其对红外光波具有高透射性,而对其他波长,尤其是可见光波长的光具有高反射性或吸收性。这样,当光线照射到红外滤光片上时,只有特定波长范围的红外光能够穿透滤光片,而其它波长的光则被滤除。


滤光片

(澳门新莆京游戏appBP880带通滤光片


干涉滤光片,利用干涉原理来实现对光的选择性透射或反射,从而进行光谱或其他光性的分割(只有利用干涉原理的滤光片才能称为干涉滤光片)。


带通滤光片是一种只允许某一波段通过的光,并切断通带以外的光的光学器件,它的原理便是原理主要基于频率选择性。它利用滤波器内部的电路或材料特性,对输入信号中的不同频率成分进行选择性处理。当信号通过滤波片时,只有特定频率范围内的信号能够顺利通过,而其它频率的信号则会被衰减或阻止。


截止滤光片是指能从复合光中滤掉全部长波或短波而仅保留所需波段范围的滤光片,一般分为短波截止滤光片(长波通滤光片)和长波截止滤光片(短波通滤光片)两种,其原理主要基于光学膜的干涉效应以及特定波长的光波在滤光片上的透射和反射特性。截止滤光片通常包含多层膜设计,这些膜层具有特定的折射系数和厚度,当光线通过滤光片时,由于不同波长的光在滤光片各层间的干涉作用,某些波长的光会被反射,而另一些波长的光则会透射过去,这使得在特定波长下,光线的传输可以被最大程度地减少或完全消除。


负性滤光片,也叫陷波滤光片,也被称为陷波滤光片、带阻滤光片或带抑制滤光片。它的主要功能是允许绝大多数波长的光通过,但将特定波长范围内(阻带)的光衰减到非常低的水平。相对于带通滤光片,负性滤光片的使用方法和光谱曲线是相反的。


分光滤光片是一种特殊的光学元件,具有特定的光学结构或涂层,这些结构或涂层能够使得不同波长的光以不同的方式透射或反射,主要用于将光线按照波长或颜色进行分离。其原理主要基于光的干涉、衍射和色散等物理现象,当光线通过分光滤光片时,由于不同波长的光在材料中的折射率或传播速度不同,它们会被分离成不同的光谱成分。这样,分光滤光片可以将一束复合光分解成多个单色光,或者允许特定波长的光通过而阻挡其他波长的光。


滤光片

吸收与反射型滤光片,吸收滤光片和反射滤光片在滤光原理和应用上各有特点,具体选择哪种类型的滤光片,需要根据具体的应用需求来决定。


中性密度滤光片(也称衰减片)即中性密度滤光器、中性密度镜(ND镜)、中性密度衰减片、固定中性密度片,渐变中性密度片,利用物质对光的吸收特性,制成片状,放在光路上,可以将光强衰减,这种片状元件叫光学衰减片。其原理主要基于物质对光的吸收或反射特性,中性密度滤光片通常分为吸收型和反射型两种。吸收型中性密度滤光片是在光学玻璃中加入某些化学原料制成的,这通常就是我们所说的有色玻璃。而基于薄膜干涉原理的反射式中性密度滤光片,则透射一部分光并反射另一部分光。在设计上,主要被设计成对各种波长的光具有近似相同的衰减能力,因此不会改变对光的颜色与光谱分布。


反射滤光片是通过反射作用来调控光线的透过和衰减,主要依赖于光学薄膜的干涉效应来实现对特定波长光线的反射,因此无需考虑材料对光的吸收。其原理主要基于光的干涉和薄膜反射特性,由多层光学薄膜组成的滤光片,每层薄膜都具有特定的折射率和厚度。当光线入射到反射滤光片上时,这些薄膜层会对光线进行多次反射和透射,由于干涉效应,某些波长的光线会被加强反射,而其他波长的光线则可能透射或衰减。


吸收滤光片是一种含有某种有色金属氧化物的有色玻璃,它的主要功能是通过对特定波长的光进行吸收,从而达到滤波的目的。当光线穿过滤光片时,其内部材料会对特定波长的光进行吸收,而对其他波长的光则透过。这种选择性的吸收和透过,使得滤光片能够过滤掉不需要的光谱成分,只允许特定波长的光通过。吸收滤光片的特点是高效吸收、选择性强、稳定性好、应用广泛。其滤光性能主要取决于其内部材料的吸光特性和材料的厚度。不同的材料对不同波长的光吸收程度不同,因此可以通过选择合适的材料和调整材料的厚度,来实现对特定波长的光进行高效吸收。


滤光片

(澳门新莆京游戏app全介质反射镜)

根据镀膜工艺不同,我们一般分为软镀膜滤光片与硬镀膜滤光片,硬镀膜拥有更高的激光损伤阈值。


软膜滤光片的特点在于其膜层材料具有相对较低的硬度,这些膜层通常由多层介质膜或金属膜组成,通过精确控制膜层的材料、厚度和结构,可以实现对光波传输特性的精确调控。其原理主要基于光波在滤光片膜层传输过程中产生的各种特性变化,如透射、吸收、散射、反射、偏振、相位变化等,当光线通过软膜滤光片时,不同波长的光波会在膜层中发生干涉、衍射等效应,从而导致特定波长的光波被反射、吸收或透射。


硬膜滤光片在于其膜层具有较高的硬度,因此也拥有较高激光损伤阈值,能够承受高强度的激光照射而不易受到损害,多用于激光系统应用中。其原理便是基于光波与硬膜滤光片之间的相互作用。硬膜滤光片的膜层通常由多层特殊材料组成,这些材料经过精密设计和制备,以实现对特定波长激光的精确调控。当激光通过硬膜滤光片时,膜层会对激光进行吸收、反射、透射或散射等操作,从而实现对激光光谱的调控。


滤光片

(澳门新莆京游戏app带通滤光片)


带通滤光片分为宽带滤光片与窄带滤光片,截止滤光片分为长波截止短波通滤光片和短波截止长波通滤光片


宽带滤光片属于带通滤光片的一个细分,具有相对较宽的透过频率范围。其设计目的是选择更宽范围的光波,允许较大范围内的频率通过,同时阻挡超出该范围的光波。宽带滤光片通常具有较高的透过率,但相对较低的阻挡能力,这是因为其目标是传递更广泛的频率范围而不是选择特定的频率。其原理是基于其特殊的膜层结构和对光波的透过范围的控制,利用介质对不同波长光的色散作用,使得不同波长的光在介质中传播的速度不同,从而实现波长的分离。通过精确设计和调整滤光片中的膜层材料、厚度和折射率等参数,宽带滤光片能够允许某一较宽范围的光波通过,而阻挡超出该范围的光波。


窄带滤光片是从带通滤光片中细分出来的,其特点是允许一个非常窄的光谱段内的光波通过,而阻挡其他波长的光波(常用于需要精确选择特定波长范围的应用)。其原理基于薄膜的干涉效应,通过在玻璃或其他透明基底上镀制多层光学薄膜,这些薄膜具有不同的折射率和厚度,经过精心设计,以使得当光波通过这些膜层时,特定波长的光波会发生相长干涉,从而增强透射;而其他波长的光波则会发生相消干涉,被反射或吸收。窄带相比于宽带拥有较低的半带宽,一般半带宽在30nm左右及以下,超过40nm一般为宽带。


短波通滤光片简单来说就是根据指定的波长,短波通过,长波截止。由多层光学薄膜构成的,这些薄膜具有不同的折射率和厚度,主要用于传输较短波长的光并阻止较长波长的光通过,其原理是基于光波与滤光片膜层之间的相互作用,特别是利用光学薄膜的干涉效应来实现对光波波长的选择性透过,当光线通过滤光片时,不同波长的光波在膜层之间发生干涉。通过精确控制膜层的折射率和厚度,短波通滤光片可以使得较短波长的光波发生相长干涉,从而增强透射;而较长波长的光波则发生相消干涉,被反射或吸收。


长波通滤光片定义与短波相反,根据指定的波长,长波通过,短波被截止。长波通滤光片采用特殊工艺加工而成,内部由多层光学薄膜组成,每层薄膜的折射率和厚度都经过精密计算和设计,具有高透射率、低损耗和良好的光谱透过性。其工作原理和设计目的主要是允许长波长的光波通过,同时阻止短波长的光波通过,当光线入射到滤光片上时,这些薄膜会对不同波长的光波进行干涉、反射和透射。通过精确控制膜层的参数,长波通滤光片能够实现特定波长范围的长波光波的高效透射,同时阻止短于该波长的光波通过。

标签: 滤光片
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