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光学滤光片的基本概念及参数

发布时间:2021-10-13 10:08:04 最后更新:2021-10-13 10:39:23 浏览次数:99
光学滤光片是只让某一波段光透过(透射率大)的光学元件。

一、按照光谱波段区分滤光片

通过光谱的分布长短(即光谱所处区域)把滤光片分为:

紫外滤光片

可见光滤光片

近红外滤光片

红外滤光片

远红外滤光片

光谱波长范围如下:

紫外滤光片180~400nm
可见光滤光片400~700nm
近红外滤光片700~3000nm

红外滤光片3000nm~10um以上


                                                                    光谱波长图

二、按光谱特性区分滤光片

按照光谱特性区分滤光片:

带通滤光片
短波通(低通)滤光片
长波通(高通)滤光片

带通型滤光片:选定特定波段的光通过,通带以外的光截止。其光学指标主要是中心波长(CWL),半带宽(FWHM),中心波长透过率(Tp),截止度及截止范围。按带宽分为窄带和宽带,通常按带宽比中心波长的值来区分,小于2%来定为窄带,大于2%定为宽带。

短波通型(又叫低波通):短于选定波长的光通过,长于该波长的光截止。

长波通型(又叫高波通):长于选定波长的光通过,短于该波长的光截止。

三、滤光片相关名词解释

峰值透过率(TP):假设光初始值为100%,通过滤光片后有部分损耗了,通过光谱测量得出只有85%了,那就可以把这个滤光片的光学透过率定为(Tp)>80%。

中心波长(CWL):滤光片在实际应用中所使用的波长,如光源主峰值是850nm led灯,那需求的中心波长就是850nm。

半带宽(FWHM):简单说就是最高透过率的1/2处所对应的波长,左右波长值相减,例如,峰值最好是90%,1/2就是45%,45%所对应的左右波长是875nm和825nm,那半带宽就是50nm。

截止范围:截止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)。截止的程度又称之为截止深度,通常用光密度或者透射率表示。

光密度(OD):光密度(OD)描述滤光片截止程度,并且与穿过的能量透射量有关(方程式1–2)。光密度值越高透射率越低,图3示意了三种不同的光密度:OD 1.0,OD 1.3和OD 1.5分别对应的透射率。T为透射率,如80,表示透射率80%。

方程式1–2

入射角度:入射光线和滤光片表面法线之间的夹角。当光线正入射时,入射角为0°。


截止率(Blocking):截止区所对应的透过率.由于要想透过率达到零,那是非常难的事情,只能选择它透过率接近于零,但通常透过率达到10的负5次方以上就可以满足大部分使用要求,通常转换为光学密度值,用OD>5表示。


截止波段: 可接受的不需要的波长最小区间范围,由于多数电子成像用的感光器件的响应范围是350-950nm,在实际中确定范围稍稍比这个区间宽一点即可。紫外及红外的截止范围确定比这个要繁杂一些,需要根据使用的探头响应范围来确定。


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。

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。

有效孔径:光学系统中有效利用的物理区域。通常与滤光片的外观尺寸相似,同心,尺寸略小些。

滤光片的尺寸参数

公差(光学公差)
以带通滤光片为例,中心波长、半宽、起始波长等都有公差,因此订购产品时一定要标明公差范围。公差越小,制造难度越大,成本越高。用户可以根据实际需要,提出合理公差范围。

直径公差:圆形光学元件的直径公差提供了一个可接受的直径值范围。此生产规格会因制作光学产品的某些光学加工公司的技术水平和能力而有所不同。虽然直径公差不会对光学产品本身的光学性能产生任何影响,但如果要在任何一种固定器上安装光学产品,则它是您必须考虑的一种非常重要的机械公差。例如,如果透镜的直径与其标称值存有偏差,则有可能使已安装的组件中的机械轴偏离光学轴,从而导致光的偏心。 通常,直径的生产公差为:+0.00/-0.10 mm表示一般质量,+0.00/-0.050 mm表示精密质量,+0.000/-0.010 mm则为高质量。

中心厚度公差:光学元件(最典型的是透镜)的中心厚度,测量的是光学元件中心部分的材料厚度。中心厚度是通过透镜的机械轴来测量的,该机械轴是作为透镜外部边缘之间的轴来定义的。透镜中心厚度的变化会影响光学性 能,这是因为中心厚度及其曲率半径会决定光线穿过透镜的光学路径长度。通常,中心厚度的生产公差为:+/-0.20 mm表示一般质量,+/-0.050 mm表示精密质量,+/-0.010 mm则为高质量。

表面光洁度:滤光片的表面光洁度是光学零件有效通光面积表面缺陷的更大允许尺寸和定量(数量)的描述,一般用数值表示:道子--点子,即:S/D(scratch/dig),就是我们常常看到的60-40/40-20等这样的数值。60-40表示道子的更大数值为60微米,斑点更大数值为40丝。道子是指窄而长的缺陷。60表示道子更大宽度数值为60微米。当元件中的更大道子超 过了指标要求中的更大道子时,此元件判为不合格品;40表示在任何20mm范围内不能有一个大于0.4的点子,也可理解为在任何20mm范围内所有疵点直径和不超过更大尺寸疵点的2倍,40-20等这种数值可以一次类推,原理都是一样的。

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