一篇文章帶你認(rèn)識(shí)濾光片的世界

濾光片，即擁有濾光效果的片狀光學(xué)元件，能夠針對(duì)光學(xué)進(jìn)行有效濾波、分光、衰減以及反射，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域，濾光的目的可不僅僅是為了簡(jiǎn)單的進(jìn)行濾波處理，它的“濾光”功能可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況而變化。

分類特征

從整體分類上，一般可以分為顏色濾光片和鍍膜濾光片，顏色濾光片一般在制作加入特殊染料使其具備光學(xué)特性，鍍膜濾光片通過(guò)其鍍制的特殊結(jié)構(gòu)膜層材料獲得一定的光學(xué)篩選特性。

從光譜波段，一般分為：

紫外濾光片180-400nm

可見(jiàn)光濾光片400-700nm

紅外光700nm-14μm

紅外濾光片還可分為近紅外700nm-1.5μm，中紅外1.5-6μm，遠(yuǎn)紅外6-14μm

這是濾光片制作所形成的一個(gè)光譜分類，與我們的光線波段略有一些區(qū)別，這些區(qū)別具體跟濾光片的基材以及鍍膜工藝相關(guān)。

光譜分類的很好理解，即用于篩選該類型光譜范圍內(nèi)特定的波段，如紫外濾光片則用于篩選特定紫外范圍的光線，可見(jiàn)光和紅外同理。

從光譜類型分類一般分為：帶通濾光片、截止濾光片、陷波濾光片（也叫帶阻濾光片、負(fù)性濾光片）。

帶通濾光片，即光譜中擁有一條（單帶通）或多條（多帶通）某個(gè)區(qū)間范圍的通帶，主要基于法布里-珀羅腔的相長(zhǎng)干涉條件，這使得中心波長(zhǎng)和中心波長(zhǎng)兩側(cè)小范圍內(nèi)的光能夠有效地透射，而通帶外的光則會(huì)被阻止透射。

根據(jù)通帶范圍的大小，我們一般分為寬帶濾光片和窄帶濾光片，一般情況下窄帶濾光片需要單獨(dú)強(qiáng)調(diào)，其通過(guò)的通帶范圍為其中心波長(zhǎng)的5%以下，寬帶濾光片一般具備較廣的適應(yīng)性，而窄帶濾光片則擁有更高的精度，通帶范圍越小越精準(zhǔn)。

截止濾光片，截止濾光片一般指的是特定某個(gè)范圍以上或以下光截止的濾光片，光通過(guò)短波截止長(zhǎng)波方向的一般稱為短波通濾光片；通過(guò)長(zhǎng)波方向截止短波方向光的一般稱為長(zhǎng)波通濾光片。

最常見(jiàn)短波濾光片的就是我們手機(jī)鏡頭里的紅外截止濾光片，它就是作為截止紅外光的短波濾光片，其次還有安防監(jiān)控，紅外截止濾光片能夠有效阻截白天紅外光對(duì)數(shù)字圖像傳感器的影響。其次便是生活中常見(jiàn)的長(zhǎng)波通濾光片，如家用光子美容儀，其內(nèi)部就配置了用于長(zhǎng)波治療美容光的濾光片，當(dāng)然有些針對(duì)性美容是用帶通濾光片。

從功能原理分類一般分為：吸收濾光片、反射濾光片、分光濾光片、中性密度濾光片（也叫ND衰減片）、偏振濾光片、干涉濾光片。

吸收濾光片，通過(guò)樹(shù)脂材料或者玻璃材料在制作過(guò)程中加入特殊染料或吸光物質(zhì)形成具有一定吸收光線能力的濾光片，吸收型濾光片常見(jiàn)的代表有有色玻璃、中性密度濾光片；

有色玻璃是吸收濾光片的一種常見(jiàn)形式，通過(guò)在玻璃中加入某些有色金屬氧化物等著色劑，使得玻璃對(duì)某些波長(zhǎng)范圍的光具有強(qiáng)烈的吸收能力，而透過(guò)光則呈單色性。這種濾光片在攝影、顯示器等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

中性密度濾光片也叫ND濾光片或ND鏡，通常由多層薄膜堆積而成，能夠?qū)⑺胁ㄩL(zhǎng)的光線都均勻吸收。透過(guò)的光線強(qiáng)度大約是輸入光線的1/n（n為ND值）。這種濾光片主要用于調(diào)節(jié)光線強(qiáng)度，在攝影、攝像等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

（650nm反射鏡）

反射濾光片，反射濾光片最大的特征就是高反射，反射濾光片的最大特征就是其內(nèi)部的反射鏡結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得濾光片能夠在特定波段范圍內(nèi)呈現(xiàn)高反射，而在其他波段范圍則可能呈現(xiàn)高透過(guò)。

（1550nm反射鏡）

比如常見(jiàn)的某個(gè)固定波段反射的反射型濾光片，比如1550nm反射鏡，它在1550nm某個(gè)范圍區(qū)間呈現(xiàn)高反射，但在其他波段范圍可能呈現(xiàn)高透過(guò)，這種特性使得1550nm反射鏡在激光系統(tǒng)、光學(xué)通信等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，例如用于激光器的輸出耦合鏡、光學(xué)隔離器等。

分光濾光片，分光濾光片最明顯的一個(gè)常見(jiàn)產(chǎn)品便是二向色鏡及一些比例的分光鏡（如5：5分光鏡-半透半反）。二向色鏡（Dichroic Mirrors ）又稱雙色鏡，常用于激光技術(shù)中。其特點(diǎn)是對(duì)一定波長(zhǎng)的光幾乎完全透過(guò)，而對(duì)另一些波長(zhǎng)的光幾乎完全反射。采用硬膜生產(chǎn)工藝，對(duì)特定的熒光團(tuán)分析進(jìn)行隔離和識(shí)別，可改變特定激光的光路方向分束與合光，以節(jié)省能耗并提升設(shè)備精確度，其特點(diǎn)有激光損失小，高投射性，高反射鏡，波長(zhǎng)定位準(zhǔn)。

（透藍(lán)綠反紅二向色鏡）

偏振濾光片，也叫偏振片，它的工作原理類似于百葉窗。能有選擇地讓某個(gè)方向振動(dòng)的光線通過(guò)，這種特性使得偏振片在改變光的平衡和減少眩光方面非常有效，在彩色和黑白攝影中常用來(lái)消除或減弱非金屬表面的強(qiáng)反光，從而消除或減輕光斑。例如，在景物和風(fēng)光攝影中，常用來(lái)表現(xiàn)強(qiáng)反光處的物體的質(zhì)感，突出玻璃后面的景物，壓暗天空和表現(xiàn)藍(lán)天白云等。

干涉濾光片是一種利用光的薄膜干涉原理，只使特定光譜范圍的光通過(guò)的光學(xué)薄膜，通常由多層薄膜構(gòu)成，當(dāng)光通過(guò)干涉濾光片的多層薄膜結(jié)構(gòu)時(shí)，不同波長(zhǎng)的光在膜層之間發(fā)生反射和干涉。這種干涉會(huì)導(dǎo)致特定波長(zhǎng)的光波相互增強(qiáng)，而其他波長(zhǎng)的光波相互抵消。這樣，只有滿足特定條件的波長(zhǎng)能夠透過(guò)濾光片，而其他波長(zhǎng)的光則被反射或吸收。

（圖源百度百科，侵刪）

從膜層類型分類，我們可以簡(jiǎn)單分為軟膜濾光片和硬膜濾光片。

軟膜濾光片是一種由多層薄膜組成的光學(xué)元件，通常，這些薄膜可能由硫化鋅、冷凍劑、甚至是銀等材料制成。這些膜層具有相對(duì)較低的硬度，且通過(guò)精確控制膜層的材料、厚度和結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光波傳輸特性的精確調(diào)控。當(dāng)光線通過(guò)軟膜濾光片時(shí)，不同波長(zhǎng)的光波會(huì)在膜層中發(fā)生干涉、衍射等效應(yīng)，從而導(dǎo)致特定波長(zhǎng)的光波被反射、吸收或透射。

（藍(lán)寶石濾光片）

硬膜濾光片是一種具有特殊膜層的光學(xué)元件，膜層具有較高的硬度和激光損傷閾值。這種高硬度使得硬膜濾光片能夠承受高強(qiáng)度的激光照射而不易受到損害，因此它廣泛應(yīng)用于激光系統(tǒng)應(yīng)用中。硬膜濾光片的膜層通常由多層特殊材料組成，這些材料經(jīng)過(guò)精密設(shè)計(jì)和制備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波長(zhǎng)激光的精確調(diào)控。當(dāng)激光通過(guò)硬膜濾光片時(shí)，膜層會(huì)對(duì)激光進(jìn)行吸收、反射、透射或散射等操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光光譜的調(diào)控。

從基材類型分類，我們簡(jiǎn)單可以分為兩個(gè)大類，塑料基濾光片和玻璃基濾光片，其次還有一些單晶基材等，不同的基材結(jié)構(gòu)也導(dǎo)致了濾光片鍍制后性能的最優(yōu)參數(shù)。

（紅外亞克力濾光片）

塑料濾光片以聚碳酸酯、聚乙烯等塑料為基礎(chǔ)材料，具有輕便、成本低、易于加工成型等特點(diǎn)，特別適合大規(guī)模生產(chǎn)，但耐溫性和化學(xué)穩(wěn)定性較低，且透過(guò)率有限，容易受環(huán)境影響而老化，可能需要頻繁更換，適用于短期使用或低強(qiáng)度應(yīng)用，如戶外拍攝、玩具、裝飾品等。

（熱吸收玻璃）

玻璃濾光片以光學(xué)玻璃為基材，由于不同的玻璃牌號(hào)（如BK7、K9等）不同，其性質(zhì)也不一，玻璃鍍膜的濾光片具有優(yōu)異的光學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，具有耐磨損、抗腐蝕，能夠在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間使用，不易受溫度變化影響，在可見(jiàn)光和近紅外波段具有理想的高透過(guò)率，能夠滿足大多數(shù)光學(xué)應(yīng)用的需求。 

不同的基材都有自身的適用性以及短板，比如到了遠(yuǎn)紅外應(yīng)用下，玻璃基材的缺陷也就隨著溢出，此刻就需要選擇其它的備選型基材，如硅、鍺。

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