光學(xué)濾光片可選擇性地透過特定波長范圍的光，同時阻擋其余波長的光。從日常攝影到先進的科學(xué)研究，濾光片在眾多應(yīng)用中都至關(guān)重要。本文回顧了光學(xué)濾光片的基本原理、主要類型及其主要應(yīng)用。

基本定義：濾光片可以控制光的光譜特性。它們可以選擇性地透射、反射或阻擋不同波長的光。濾光片在攝影領(lǐng)域的應(yīng)用已有一個多世紀(jì)的歷史，通常用于顯微鏡、光譜學(xué)、化學(xué)分析、機器視覺、天文學(xué)、電信和醫(yī)學(xué)成像。

一、明確光學(xué)濾波器的關(guān)鍵術(shù)語：

盡管光學(xué)濾波器與其他光學(xué)元件有許多相同的規(guī)格，但了解該領(lǐng)域特有的特定術(shù)語也很重要。這些術(shù)語可以幫助您確定最適合您應(yīng)用的濾光片。

1.CWL中心波長 指的是濾波器傳輸光譜的中點。遇到傳統(tǒng)鍍膜光學(xué)濾波器時，CWL 附近的傳輸率最高。另一方面，硬鍍膜光學(xué)濾波器通常在整個帶寬內(nèi)具有一致的傳輸；

2.帶寬：是指濾波器允許光線通過的光譜 "窗口"。它通常定義為 FWHM（全寬-半最大值）；

3.FWHM：一種更具體的帶寬測量方法。它描述了濾波器傳輸?shù)念l譜寬度。要確定 FWHM，需要確定濾波器達(dá)到其最大傳輸率一半的位置。為了清楚起見，如果濾波器的峰值傳輸率為 90%，那么 FWHM 就定義在傳輸率達(dá)到 45% 的波長之間。快速指南  

o FWHM ≤ 10nm： 這些是窄帶濾光片，適用于激光純化和化學(xué)傳感等任務(wù)。

o 全寬域在 25-50nm 之間： 是機器視覺的理想選擇。

o 全寬域 > 50 納米： 這些是寬帶濾光片，常用于熒光顯微鏡。

4.光束斜率

主要與邊緣濾光片（如短通或長通濾光片）有關(guān)，它描述了濾光片從阻擋光線到允許光線通過的轉(zhuǎn)換速度。它是根據(jù)截止波長百分比來定義的。例如，對于斜率為 1%的 500nm 長通濾波器來說，在 5nm 的帶寬范圍內(nèi)，透射率從 10%過渡到 80%；

5.阻擋范圍

濾光片有意削弱或減少透射光的光譜部分。這種阻擋的效率通常用 "光密度 "來衡量。

5.光學(xué)密度OD：

表示濾光片阻擋或減少光線的效果。外徑越大，透光率越低，反之亦然。具體來說

o OD ≥ 6：適用于高阻擋需求，如拉曼光譜或熒光顯微鏡。

o OD在 3.0-4.0 之間： 激光過濾、機器視覺和化學(xué)檢測的理想選擇。

o OD小于 2.0： 最適合顏色區(qū)分和光譜階次分離等應(yīng)用。

了解這些術(shù)語對在各種應(yīng)用中選擇和使用濾光片做出明智的決定大有幫助。

二、濾光片的基礎(chǔ)知識

濾光片的功能基于干擾、吸收、透射或任何組合。其性能指標(biāo)通常包括

- 透射率： 通過濾光片的入射光。

- 阻帶： 光被明顯衰減的波長范圍。

- 帶寬：濾光片阻擋或允許傳輸?shù)牟ㄩL范圍的寬度。

三、濾光片的種類

1.吸收性濾光片（截止）：這類濾光片吸收不需要的波長，同時透射需要的波長。它們通常由彩色玻璃、染色塑料或合成彩色凝膠制成。這種濾光片結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，常用于太陽鏡和簡單的相機鏡頭；

2.干涉濾光片：根據(jù)建設(shè)性和破壞性干涉原理工作，由折射率不同的多層薄材料組成。這些薄層與入射光發(fā)生干涉，使所需波長的光發(fā)生建設(shè)性干涉而通過，而不需要的波長則發(fā)生破壞性干涉而被反射或阻擋。

分色濾光片： 反射不需要的波長，同時透射所需的波長。

帶通濾波器： 傳輸特定范圍的波長。

長短通濾波器： 分別傳輸長于或短于截止值的波長。

3.可調(diào)濾波片：可調(diào)節(jié)濾除的波長。例如聲光可調(diào)濾波器（AOTF）和液晶可調(diào)濾波器（LCTF）

三、應(yīng)用

攝影： 濾光鏡可以增強對比度、控制曝光過度或校正色彩

天文： 天文學(xué)家使用濾光片來分離特定元素或化合物發(fā)出的波長，從而幫助研究天體

電信：密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM）利用濾光片在單根光纖上分離和路由不同的數(shù)據(jù)通道

生物醫(yī)學(xué)成像： 在熒光顯微鏡中，光學(xué)濾波器是將發(fā)射信號與激發(fā)源隔離的關(guān)鍵

光譜分析： 濾波器可隔離特定波長帶，進行有針對性的光譜分析

光學(xué)濾波器的設(shè)計多種多樣，在眾多技術(shù)應(yīng)用中起著舉足輕重的作用。隨著光子學(xué)和光學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，光學(xué)濾波器的重要性和復(fù)雜性只會有增無減。