滤光片：光学仪器的关键组件
滤光片是一种用于选取所需辐射波段的光学元件。
一、定义与类别
滤光片的主要功能是选取所需辐射波段，具体而言，它分为两大类，颜色滤光片与薄膜滤光片。
颜色滤光片：颜色滤光片是一种通过吸收或反射非特定颜色的光线来传递特定颜色光线的滤光片。它通常由彩色染料或颜料制成，可以呈现不同的颜色和饱和度。颜色滤光片在摄影、摄像、舞台照明等领域有广泛应用，用于改变图像的色彩平衡和增强特定颜色的对比度。
（青蓝色有色玻璃）
薄膜滤光片：薄膜滤光片是通过在基材上涂覆多层光学薄膜来实现对特定波长光线的透射或反射的滤光片。它可以根据需要设计不同的光谱响应曲线，实现带通、截止、分光等多种光学效果。薄膜滤光片在光谱分析、生物医学成像、激光系统等领域有广泛应用，用于提高光学系统的性能和精度。
（镀膜BP590窄带滤光片）
二、滤光片的组成
从整体而言，滤光片组成可以简单划为两部分，即基材和光学薄膜。
基材：滤光片的基材可以是玻璃、塑料或其他透明材料。基材的选择取决于应用需求等，例如光学性能、机械强度、耐温性、成本等因素。玻璃基材通常具有优异的光学性能和稳定性，适用于高精度应用；而塑料基材则具有轻便、成本低的优点，适用于大规模生产和消费级应用。
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（基材透明玻璃）
光学薄膜：光学薄膜是滤光片的核心部分，它决定了滤光片的光学性能。光学薄膜通常由多层不同折射率的材料组成，通过精确控制每层材料的厚度和折射率，可以实现对特定波长光线的透射或反射。不同类型的滤光片具有不同的光学薄膜设计和结构，以实现不同的光学效果。
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三、滤光片分类
滤光片主要可以按照光谱波段、膜层材料、光谱特性、应用特点等方式分类：
光谱波段分类
紫外滤光片：用于过滤提取某个紫外波段范围的滤光片。
可见滤光片：用于选择性通过可见光的光学滤光片。
红外滤光片：用于筛选通过红外波段光线的光学元件。
（图源网络，侵删）
膜层材料分类
软膜滤光片：由低硬度材料组成的多层薄膜光学元件，主要用于生化分析仪当中。
硬膜滤光片：由高硬度特殊膜层组合的光学元件，具有较高的激光阈值，在激光系统中广泛应用。
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光谱特性分类
带通滤光片：选定某个通带波段范围的光通过，通带以外的光截止，根据通带范围分为窄带滤光片和宽带滤光片，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。
（带通窄带滤光片光谱图）
截止滤光片，根据光谱特性分为长波截止与短波截止。
长波截止特性为短波通滤光片，也叫低通滤光片，光谱表现为特定某个波段长波被截止使得该波段短波方向通过。
（短波通滤光片光谱图）
短波截止特性为长波通滤光片。也叫高通滤光片，光谱表现为特定某个波段短波被截止使得该波段长波方向通过。
（长波通滤光片光谱图）
分光滤光片：一种基于光的干涉、衍射现象以及滤光片材料对特定波长光的吸收特性来实现分光的光学器件。
中性密度滤光片:也叫衰减片，是一种能够在广泛的光谱范围内均匀（非选择性）衰减光线强度且实现精确的光量控制光学衰减器。
负性滤光片：即陷波滤光片或带阻滤光片，是一种可以透过绝大多数波长光，但将特定波长范围内（阻带）的光衰减到极低水平的光学元件。
二向色滤光片：一种能够在特定角度（如45°）下反射一种颜色光（激发光）并透射另一种颜色光（发射光），且激发光的反射率和发射光透射率均可达到90%以上的特殊光学元件。
应用特点分类
颜色滤光片：这是各种颜色的平板玻璃或明胶片，其透射带宽数百埃，多用在宽带测光或装在恒星摄谱仪中，以隔离重叠光谱级次。
薄膜滤光片：一般透过的波长较长，多用做红外滤光片。
四、滤光片原理
（图源网络，侵删）
滤光片原理主要基于不同波长光的吸收、干涉、衍射以及反射特性的差异实现筛选，可分为吸收型、干涉型和衍射型、反射型。
吸收型滤光片：利用特定材料对光的吸收特性来实现滤波。光线穿过滤光片时，其内部材料会吸收某些波长的光，而允许其他波长的光通过。通过选择性吸收达到滤除其他不需要的光，只允许特定波长的光通过，如有色玻璃，吸收型中性密度滤光片。
干涉型滤光片：利用多层薄膜对光的干涉原理，实现对特定光谱范围的光的选取和通过，如带通滤光片、截止滤光片、二向色滤光片。
衍射型滤光片：一种通过特定图案或结构使光在通过时发生衍射，从而实现对特定波长光的选择的光学元件。
反射型滤光片：一种利用多层膜干涉原理实现特定波长光线反射的光学元件，用于精确控制光线的光谱分布。
五、滤光片作用
1.分离光谱：通过透射或反射特定波长的光，滤光片可以将混合光分解为不同的颜色或波长成分，这在光谱分析、光学测量和科研实验中非常重要。
2.控制光强：滤光片可以减弱或增强特定波长的光强，从而调整光源的亮度或颜色。这在摄影、照明和显示技术中非常有用，可以帮助摄影师或设计师实现特定的视觉效果。
3.去除干扰光：在某些应用中，需要去除或降低某些波长光的干扰。滤光片可以有效地阻挡这些干扰光，提高成像质量或测量精度。
4.激光波长选择：在激光技术中，滤光片可以用于选择激光的波长，确保激光输出具有所需的波长和纯度。
5.防护和保护：滤光片还可以用于保护眼睛或设备免受有害光线的伤害，如紫外线（UV）滤光片可以阻挡紫外线以保护皮肤和眼睛。
六、滤光片参数
中心波长：峰值透过率一半位置的中点（带通），形容长波通/短波通时为峰值透过率一半位置波长。
峰值透过率：光线进入滤光片透过最高位置的百分比。
截止率：也叫光密度，光密度与透过率成反比，光密度越高透过率越低。光线透过率低于10%后表现为截止，常用OD值表示，公式为OD=-log（T），OD1为0.1，OD2为0.01以此类推。
截止波段：表示截止带的范围，一般描述除通带外该滤光片的截止波段。
带宽：常描述带通滤光片，通带峰值透过率一半位置所在波长范围，波长范围越短精度越高。
斜率：边缘滤光片从高截止转换为高透射率的带宽的陡峭程度，斜率越大，滤光片在截止和透射之间的转换越陡峭，常用于长/短波通滤光片。
尺寸：常用mm表示，滤光片的尺寸对参数的影响巨大，尺寸的把控严重影响滤光片的性能，包括过滤范围、透射性能、公差精度等等因素。