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窄带滤光片简介

发布日期:2017-11-04 作者:鞍山激埃特光电 点击:

所谓窄带滤光片,是从带通滤光片中细分出来的,其定义与带通滤光相同,也就是这种滤光片在特定的波段允许光信号通过,而偏离这个波段以外的两侧光信号被阻止,窄带滤光片的通带相对来说比较窄,一般为中心波长值的5%以下。

窄带滤光片的参数描述:

  1. 中心波长

  2. 窄带滤光片的中心波长一般就是仪器或设备的工作波长,它是指通带中心位置的波长。图1为窄带滤光片的透过率曲线示意图。在图中,中心波长的具体定义如下: 

    其中分别对应透过率为峰值的一半时通带左侧和右侧的波长位置 
    在实际生产过程中,中心波长的位置与设计值总有或多或少的一点差异,所以在规定中心波长时,一般都要加上一个容差范围。这个容差范围是由实际使用条件决定的,通常情况下,带宽越窄,容差就越小。比如对10nm左右的带宽,中心波长的容差一般只允许到±2nm,对于30nm以上的带宽,就可以放宽到±5nm。 

    图1 窄带滤光片的参数示意图

  3. 带宽

  4. 带宽是指通带中透过率为峰值透过率的一半的两个位置之间的距离,有时也叫半高宽(不叫半带宽),英文字母经常用FWHM(Full Width at Half Maximum)表示。具体的带宽值定义如下: 

    带宽也是有容差的,其容差范围也带宽本身大小有关,一般来说带宽越小,容差也跟着减小。带宽的选择与采用的光源、需要的信号波长范围以及干扰的大小有关,针对应用实例将会进一步讨论。

  5. 峰值透过率

  6. 峰值透过率是指带通滤光片在通带中最高的透过率大小。峰值透过率的高低要求视使用场合不同而不同。在噪声抑制和信号大小的要求中,如果对信号大小更关注,希望能提高信号的强度,这种情况下需要高的峰值透过率,如果对噪声抑制更加关注,希望得到更高的信噪比,则可以降低一些峰值透过率的要求,而提高截止深度的要求。

  7. 截止范围

  8. 截止范围是指除了通带以外,要求截止的波长范围。对于窄带滤光片来说,有一段是前截止,就是截止波长小于中心波长的一段,还有一段长截止,截止波长高于中心波长的那一段。如果细分的话,要对两个截止波段分别进行描述,但一般情况下只要指明窄带滤光片需要截止的最短波长和最长波长就可以知道该滤光片的截止范围了。在确定截止范围时,不能简单地说"除了通带以外,其他的都不需要",这样描述过于理想化,在实际制作过程中会遇到麻烦。 
    截止范围的选择与采用的光源、所处的干扰光波长范围和所用的接收器的光谱响应范围有关。

  9. 截止深度

  10. 截止深度是指截止带中允许能透过光的最大透过率大小。对不同的应用系统对截止深度要求不同,比如对于使用在激发光荧光的场合,一般要求截止深度在T<0.001%以下,在普通的监控识别系统中,截止深度T<0.5%有时已经足够。具体的截止深度视光源的强度、干扰光的大小以及对信噪比的需求来定。同样的,我们在确定截止深度指标时不能说"除了通带以外,截止带的所有光透过率为零!" 
    为简便起见,经常用OD值来表示截止深度。OD值与透过率之间的关系如下所示: 

    比如T<0.01%,其透过率为10-4,对应OD值为4,对于T<1%,对应的OD值为2

  11. 入射角度

  12. 入射角是指入射光线与滤光片法线之间的夹角。如图2所示。 
    图2 入射角示意图,θ1, θ2, θ3代表入射角 
    不要把入射角误解为光源位置与滤光片中心的连线和滤光片法线之间的夹角。如果没经过准直光路,即使是把光源位置安装到滤光片的中心法线上,光线还是发散的,也就是入射角不会是0°。 
    如果入射光线与滤光片的法线夹角有一定范围,那么要指明这个夹角的具体范围,因为干涉滤光片的设计对角度十分敏感,对于0°下设计的窄带滤光片,如果在不同角度下使用,其效果是完全不同的。图3是以850nm窄带滤光片为例,当入射角度增大时,中心波长的位置不断向短波移动。只要是干涉滤光片,这个角度效应无法避免,这是干涉滤光片的基本特性。从图中可以看出,当一个850nm的窄带滤光片在50°下使用时,它不再是一个850nm的窄带滤光片,而变成了770nm的窄带滤光片。有些用户会反映,在用广角镜头拍摄物体时,加了窄带滤光片后,发现只能拍到中间部分的物体,边上的都很暗,以为窄带滤光片只有中间透,边缘不透,这种认识是不对的,窄带滤光片整个表面都是均匀的,主要还是因为大角度入射时,滤光片的透光波段向短波移了,而短波部分又没有光源造成的。 

    图3 不同入射角对干涉滤光片透过特性的影响 

以上六个参数在使用和选择窄带滤光片都必须考虑到,不同的性能指标要求带来不同的滤光片制造成本。


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相关标签:光学滤光片,窄带滤光片

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