光學(xué)濾光片對(duì)于很多人來說是一個(gè)比較陌生的概念，好像與我們的日常生活有些遠(yuǎn)，實(shí)則不然。仔細(xì)觀察周邊環(huán)境與生活，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)生活中許多方面都與濾光片密不可分了，今天就和大家一起來學(xué)習(xí)窄帶濾光片，來了解窄帶濾光片的具體參數(shù)，看你了解多少呢？
所謂窄帶濾光片，是從帶通濾光片中細(xì)分出來的，其定義與帶通濾光相同，也就是這種濾光片在特定的波段允許光信號(hào)通過，而偏離這個(gè)波段以外的兩側(cè)光信號(hào)被阻止，窄帶濾光片的通帶相對(duì)來說比較窄，一般為中心波長(zhǎng)值的5%以下。以下為窄帶濾光片的參數(shù)描述:
窄帶濾光片的中心波長(zhǎng)一般就是儀器或設(shè)備的工作波長(zhǎng)，它是指通帶中心位置的波長(zhǎng)。圖1為窄帶濾光片的透過率曲線示意圖。在圖中，中心波長(zhǎng)圖片的具體定義如下：
其中，
分別對(duì)應(yīng)透過率為峰值的一半時(shí)通帶左側(cè)和右側(cè)的波長(zhǎng)位置。
在實(shí)際生產(chǎn)過程中，中心波長(zhǎng)的位置與設(shè)計(jì)值總有或多或少的一點(diǎn)差異，所以在規(guī)定中心波長(zhǎng)時(shí)，一般都要加上一個(gè)容差范圍。這個(gè)容差范圍是由實(shí)際使用條件決定的，通常情況下，帶寬越窄，容差就越小。比如對(duì)10nm左右的帶寬，中心波長(zhǎng)的容差一般只允許到±2nm，對(duì)于30nm以上的帶寬，就可以放寬到±5nm。
圖1 窄帶濾光片的參數(shù)示意圖
帶寬是指通帶中透過率為峰值透過率的一半的兩個(gè)位置之間的距離，有時(shí)也叫半高寬（不叫半帶寬），英文字母經(jīng)常用FWHM（Full Width at Half Maximum）表示。具體的帶寬值定義如下：
帶寬也是有容差的，其容差范圍也帶寬本身大小有關(guān)，一般來說帶寬越小，容差也跟著減小。帶寬的選擇與采用的光源、需要的信號(hào)波長(zhǎng)范圍以及干擾的大小有關(guān)，針對(duì)應(yīng)用實(shí)例將會(huì)進(jìn)一步討論。
峰值透過率是指帶通濾光片在通帶中最高的透過率大小。峰值透過率的高低要求視使用場(chǎng)合不同而不同。在噪聲抑制和信號(hào)大小的要求中，如果對(duì)信號(hào)大小更關(guān)注，希望能提高信號(hào)的強(qiáng)度，這種情況下需要高的峰值透過率，如果對(duì)噪聲抑制更加關(guān)注，希望得到更高的信噪比，則可以降低一些峰值透過率的要求，而提高截止深度的要求。
截止范圍是指除了通帶以外，要求截止的波長(zhǎng)范圍。對(duì)于窄帶濾光片來說，有一段是前截止，就是截止波長(zhǎng)小于中心波長(zhǎng)的一段，還有一段長(zhǎng)截止，截止波長(zhǎng)高于中心波長(zhǎng)的那一段。如果細(xì)分的話，要對(duì)兩個(gè)截止波段分別進(jìn)行描述，但一般情況下只要指明窄帶濾光片需要截止的最短波長(zhǎng)和最長(zhǎng)波長(zhǎng)就可以知道該濾光片的截止范圍了。在確定截止范圍時(shí)，不能簡(jiǎn)單地說"除了通帶以外，其他的都不需要"，這樣描述過于理想化，在實(shí)際制作過程中會(huì)遇到麻煩。
截止范圍的選擇與采用的光源、所處的干擾光波長(zhǎng)范圍和所用的接收器的光譜響應(yīng)范圍有關(guān)。
截止深度是指截止帶中允許能透過光的最大透過率大小。對(duì)不同的應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)截止深度要求不同，比如對(duì)于使用在激發(fā)光熒光的場(chǎng)合，一般要求截止深度在T＜0.001%以下，在普通的監(jiān)控識(shí)別系統(tǒng)中，截止深度T＜0.5%有時(shí)已經(jīng)足夠。具體的截止深度視光源的強(qiáng)度、干擾光的大小以及對(duì)信噪比的需求來定。同樣的，我們?cè)诖_定截止深度指標(biāo)時(shí)不能說"除了通帶以外，截止帶的所有光透過率為零！"
為簡(jiǎn)便起見，經(jīng)常用OD值來表示截止深度。OD值與透過率之間的關(guān)系如下所示：
比如T＜0.01%，其透過率為10-4，對(duì)應(yīng)OD值為4，對(duì)于T＜1%，對(duì)應(yīng)的OD值為2
入射角是指入射光線與濾光片法線之間的夾角。如圖2所示。
圖2 入射角示意圖，θ1, θ2, θ3代表入射角
不要把入射角誤解為光源位置與濾光片中心的連線和濾光片法線之間的夾角。如果沒經(jīng)過準(zhǔn)直光路，即使是把光源位置安裝到濾光片的中心法線上，光線還是發(fā)散的，也就是入射角不會(huì)是0°。
如果入射光線與濾光片的法線夾角有一定范圍，那么要指明這個(gè)夾角的具體范圍，因?yàn)楦缮鏋V光片的設(shè)計(jì)對(duì)角度十分敏感，對(duì)于0°下設(shè)計(jì)的窄帶濾光片，如果在不同角度下使用，其效果是完全不同的。圖3是以850nm窄帶濾光片為例，當(dāng)入射角度增大時(shí)，中心波長(zhǎng)的位置不斷向短波移動(dòng)。只要是干涉濾光片，這個(gè)角度效應(yīng)無法避免，這是干涉濾光片的基本特性。從圖中可以看出，當(dāng)一個(gè)850nm的窄帶濾光片在50°下使用時(shí)，它不再是一個(gè)850nm的窄帶濾光片，而變成了770nm的窄帶濾光片。有些用戶會(huì)反映，在用廣角鏡頭拍攝物體時(shí)，加了窄帶濾光片后，發(fā)現(xiàn)只能拍到中間部分的物體，邊上的都很暗，以為窄帶濾光片只有中間透，邊緣不透，這種認(rèn)識(shí)是不對(duì)的，窄帶濾光片整個(gè)表面都是均勻的，主要還是因?yàn)榇蠼嵌热肷鋾r(shí)，濾光片的透光波段向短波移了，而短波部分又沒有光源造成的。
圖3 不同入射角對(duì)干涉濾光片透過特性的影響
以上六個(gè)參數(shù)在使用和選擇窄帶濾光片都必須考慮到，不同的性能指標(biāo)要求帶來不同的濾光片制造成本。
這就是關(guān)于窄帶濾光片的相關(guān)知識(shí)，您還想了解更多專業(yè)光學(xué)知識(shí)可以持續(xù)關(guān)注我們。
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