拿起一片滤光片，多数人的第一反应是：这不就是一块镀了膜的玻璃吗？侧过来看，不少常见滤光片有着毫米级的厚度；迎着光转一转，表面还会泛出一层彩色反光。窄带、长波通、红外截止，外观可能很相似，真正决定光谱特性的，却是那些肉眼分辨不出来的薄膜结构。

那么，如果把玻璃基底整个拿掉，只留下负责滤光的薄膜，它还能正常工作吗？

2026年8月，德国汉诺威莱布尼茨大学等机构的研究人员在《Results in Optics》上发表了一项研究，主角正是这样一片滤光片。它没有传统的永久玻璃基底，整片厚度仅有16.7微米。如果按一张普通打印纸约0.1毫米的厚度来比较，它大约只有纸张的六分之一厚。

更有意思的是，研究人员没有把它当成易碎的展品供起来，而是装进了一套能够实际进行光学检测的微型系统里。

真正挑波长的，是那一层层薄膜

要回答“没有玻璃能不能工作”，得先弄清干涉滤光片里各部分在做什么。

以常见的介质膜干涉滤光片为例，它的核心结构通常是由不同折射率材料交替形成的多层薄膜，每层厚度可以达到纳米尺度。光在这些膜层界面上发生反射和透射，不同反射光之间存在相位差。

对于某些波长，反射光相互增强，更多光被反射回去；对于另一些波长，反射受到抑制，光便更容易透过。所谓膜系设计，就是通过合理安排各层材料、折射率和厚度，控制不同波长的透射与反射特性。

玻璃基底更像一块地基。镀膜时，材料需要有一个表面进行沉积；使用时，薄膜需要足够稳定的机械支撑，才能方便夹持、搬运和安装。基底材料、表面质量及其与膜层之间的应力，也会影响最终光学表现。

这样一来，问题就变得具体了：如果能换个办法解决“在哪儿镀”和“靠什么撑”，玻璃基底是不是就可以不要？

先镀在临时“地基”上，再把地基溶掉

无基底并不等于凭空镀膜。

该研究团队在2023年发表于《Applied Optics》的相关论文中，曾展示过一种制造方法：先在带有牺牲层的临时基底上，利用离子束溅射沉积光学薄膜，再用水溶解牺牲层，让薄膜与基底分离。

这有点像在烘焙纸上制作一块薄饼，做好之后，再想办法把下面的纸去掉。只不过，这块“薄饼”的厚度以微米计，分离以后还得尽可能保持原有结构，不能因为应力释放就发生严重变形，更不能在搬运和装配时轻易破损。

真正的工程难点也在这里。多层介质膜在沉积过程中可能产生残余应力。有基底时，基底能够提供机械约束；失去基底后，薄膜自身的应力分布、平整度和稳定性就变得更加重要。

光学设计也要跟着调整。原来基底的折射率会参与整个膜系的光学计算，去掉基底之后，薄膜两侧的介质环境发生变化，必须重新评估它的光谱表现。

所以，无基底滤光片并不是把普通玻璃滤光片上的镀膜随便揭下来就能使用。它从设计阶段开始，就需要考虑没有永久基底之后会发生什么。

6 mm × 16 mm的平台，装下了一套光学检测系统

2026年这项研究的重点，其实不在“薄”本身，而在于薄了以后能怎么用。

研究人员在一块只有6 mm × 16 mm的熔融石英平台上，集成了无基底长波通干涉滤光片、聚合物光波导和光电二极管，并通过单模光纤引入光信号。整个平台非常紧凑，其中多个微型光学元件的边长只有几百微米。

光到达滤光片之后，一部分透过，一部分被反射，再分别由两个检测通道接收。这样，系统便能同时获取透射和反射信号，实现一种平衡式波长检测结构。

为什么要同时检测透射和反射？对于长波通滤光片，在截止边缘附近，波长发生变化时，透射和反射信号通常会呈现相反的变化趋势。

例如，波长向长波方向移动时，透射信号可能逐渐增强，而反射信号相应减弱。通过对两路信号进行适当的比值或归一化处理，就有机会减小共同光强波动带来的影响，提高对波长变化的辨别能力。当然，实际效果还会受到光学损耗、探测器响应、杂散光和噪声等因素影响。

而16.7微米的厚度，恰好给这种微型光学布局创造了条件。传统带基底的滤光片有一定厚度。光束经过基底时会产生额外的光学传播距离；如果滤光片倾斜安装，还可能出现出射光束的横向偏移。

在空间非常有限的光纤或波导耦合系统中，这些变化都需要纳入设计。去掉传统厚基底以后，滤光片可以更紧凑地放置在相邻光学元件之间，减少基底厚度带来的几何限制。

论文展示的平台不需要额外的准直透镜或其他透镜，这是该研究强调的技术特点之一。

但这种设计仍然存在取舍：未经准直的光束具有一定发散角，相当于一小簇不同角度的光同时照射在膜层上。对于具有角度敏感性的干涉滤光片，这会改变系统实际看到的光谱响应，还可能让截止边缘变得不那么陡峭。研究人员也针对这一问题进行了数值分析，并将模型与平台上的光谱测量结果进行了比较。

滤光片倾斜一下，截止波长就挪了位置

这项研究里最有工程味道的细节，是研究人员在装配过程中，通过倾斜滤光片、改变光的入射角来调节截止边缘。实验展示了约968至984纳米范围内的截止边缘调节，调节跨度超过16纳米。

为什么改变一个角度，就能影响滤光片的工作波长？原理其实并不神秘。

干涉滤光片的光谱位置与光在膜层中积累的相位有关，而相位又受到折射率、膜层厚度和传播角度影响。当光从垂直入射变为倾斜入射时，光在膜层内部的传播角度发生变化，对应的干涉条件也随之改变。因此，对于常见的介质膜干涉滤光片，入射角增大通常会使光谱特征向短波方向移动。

做过窄带滤光片选型的工程师，对这个现象应该不陌生。有时候，滤光片在检测设备上测得的中心波长完全正常，装进实际光学系统后却发生了偏移，入射角和光束发散角就是需要排查的因素。

原因是，实际薄膜沉积不可能做到完全没有制造偏差。由于膜厚和光学性质存在一定的不均匀性，从同一片较大基片上分离出来的微型滤光片，光谱截止位置也可能出现差异。

团队在2023年的SPIE会议论文中，已经提出过利用主动光谱校准的装配方法。与其要求每一片微型滤光片在固定角度下都恰好符合目标光谱，不如在装配过程中测量它的实际响应，再通过改变倾斜角度，寻找满足设计要求的位置。找到合适角度后，再将元件固定下来。

这种方法有机会补偿部分制造偏差，提高可用元件的比例，减少提前筛选不同光谱等级元件的工作量。

不过，它也有明确边界。能调节多少，取决于膜系设计、材料特性、工作波段、偏振状态和允许的入射角范围。入射角较大时，s偏振光与p偏振光的光谱响应可能出现明显差异，截止边缘的形状也可能发生变化。与此同时，改变滤光片角度还会改变反射光的传播方向，因此整个光学系统的接收位置也需要协调。

这项研究展示的超过16纳米调节范围，属于特定结构和实验条件下的结果，并不意味着任何滤光片倾斜一下，都能调节十几纳米。

没有玻璃基底，传统滤光片会被淘汰吗？

从目前的工程应用来看，还远远谈不上。

无基底滤光片的优势主要体现在一些高度微型化的应用中，例如需要与光纤、波导和微型探测器进行紧凑集成的光学结构。

但如果应用需要较大的通光口径，或者需要承受振动、机械冲击及反复温度变化，传统基底所提供的刚性、加工便利性和结构稳定性仍然非常重要。即使在微型光学系统中，无基底薄膜的残余应力、搬运损伤、装配可靠性和长期环境稳定性，也都需要进一步评估。

这项研究展示的是一种可行的微型集成方案，并不能直接证明该结构已经具备大规模商业应用所需的全部条件。

它真正有意思的地方，在于改变了我们看待滤光片的方式。过去，我们习惯把滤光片当成独立零件：定好中心波长、带宽、尺寸和透过率，采购回来，再装进设备。

而在这类微型光学系统中，滤光片从设计开始，就需要和光纤、波导、探测器一起考虑。它的厚度、两侧介质、安装角度，甚至装配过程中如何固定，都会直接影响最终表现。

其实，这一点对传统带基底滤光片同样适用。一片滤光片在光谱仪上测得的曲线符合要求，并不意味着它装进任何光学系统后都能得到完全相同的结果。基底材料、膜层设计、入射角、光束发散角和装配条件，都可能影响最终的系统性能。

激埃特光电从事光学滤光片、光学镀膜及定制光学元件相关业务。在实际项目中，中心波长、截止范围、入射角、基材、尺寸和检测条件，通常需要结合具体光路与图纸一起评估。