滤光片介绍

作者/来源机构：科普中国网

原文链接：https://www.kepuchina.cn/wiki/ct/201802/t20180222_553017.shtml

转载许可说明：科普中国网内容遵循科普中国网版权协议，科普内容可免费转载使用，但需注明来源"科普中国网"。

完整正文内容：

滤光片是用来选取所需辐射波段的光学器件。

滤光片的一个共性，就是没有任何滤光片能让天体的成像变得更明亮，因为所有的滤光片都会吸收某些波长，从而使物体变得更暗。

类型

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。其主要特点是尺寸可做得相当大。

薄膜滤光片

一般透过的波长较长，多用做红外滤光片。后者是在一定片基上的。

原理

滤光片是塑料或玻璃片再加入特种染料做成的，红色滤光片只能让红光通过，如此类推。玻璃片的透射率原本与空气差不多，所有有色光都可以通过，所以是透明的，但是染了染料后，分子结构变化，折射率也发生变化，对某些色光的通过就有变化了。比如一束白光通过蓝色滤光片，射出的是一束蓝光，而绿光、红光极少，大多数被滤光片吸收了。

作用

滤光片的作用很大。广泛用于摄影界。一些摄影大师拍摄的风景画，为什么主景总是那么突出，是怎样做到的？这就用到了滤光片。比如你想用相机起拍一朵黄花，背景是蓝天、绿叶，如果按照平常拍，就不能突出"黄花"这个主题，因为黄花的形象不够突出。但是，如果在镜头前放一个黄色滤光片，阻挡一部分绿叶散射出的绿光、蓝天散射出的蓝光，而让黄花散射出的黄光大量通过，这样，黄花就显得十分明显了，突出了"黄花"这个主题。

特点

其主要特点是尺寸可做得相当大。薄膜滤光片，一般透过的波长较长，多用做红外滤光片。后者是在一定片基，用真空镀膜法交替形成具有一定厚度的高折射率或低折射率的金属-介质-金属膜，或全介质膜，构成一种低级次的、多级串联实心法布里-珀罗干涉仪。膜层的材料、厚度和串联方式的选择，由所需要的中心波长和透射带宽λ确定。

波长

能从紫外到红外任意波长、λ为1～500埃的各种干涉滤光片。金属-介质膜滤光片的峰值透射率不如全介质膜高，但后者的次峰和旁带问题较严重。薄膜干涉滤光片中还有一种圆形或长条形可变干涉滤光片，适宜于空间天文测量。此外，还有一种双色滤光片，它与入射光束成45°角放置，能以高而均匀的反射和透射率将光束分解为方向互相垂直的两种不同颜色的光，适合于多通道多色测光。干涉滤光片一般要求垂直入射，当入射角增大时，向短波方向移动。

这个特点在一定范围内可用来调准中心波长。由于λ和峰值透过率均随温度和时间而显著变化，使用窄带滤光片时必须十分小心。由于大尺寸的均匀膜层难于获得，干涉滤光片的直径一般都小于50毫米。有人曾用拼合方法获得大到38厘米见方的干涉滤光片，装在英国口径1.2米施密特望远镜上，用于拍摄大面积星云的单色像。

分类

滤光片产品主要按光谱波段、光谱特性、膜层材料、应用特点等方式分类。

光谱波段： 紫外滤光片、可见滤光片、红外滤光片；

光谱特性： 带通滤光片、截止滤光片、分光滤光片、中性密度滤光片、反射滤光片；

膜层材料： 软膜滤光片、硬膜滤光片；

硬膜滤光片不仅指薄膜硬度方面，更重要的是它的激光损伤阈值，所以它广泛应用于激光系统当中，而软膜滤光片则主要用于生化分析仪当中。

带通型： 选定波段的光通过，通带以外的光截止。其光学指标主要是中心波长（CWL），半带宽（FWHM）。分为窄带和宽带。比如窄带808滤光片NBF-808。

短波通型（又叫低波通）： 短于选定波长的光通过，长于该波长的光截止。比如红外截止滤光片，IBG-650。

长波通型（又叫高波通）： 长于选定波长的光通过，短于该波长的光截止。比如红外透过滤光片，IPG-800。

薄膜滤光片的光学稳定性研究

用电子束（EB）蒸发的TiO2和SiO2薄膜系统具有重要的应用。但是用常规的蒸发技术，即使基板的温度高达300℃以上，薄膜仍呈现出明显的柱状结构特性。这种柱状结构的薄膜，由于膜层中包含着大量的空隙，因此随着薄膜滤光片吸潮，膜层折射率升高，滤光片的中心波长就会产生明显的漂移。

随着离子镀膜技术的发展，诸如离子辅助淀积（IAD）、反应离子镀（RIP）和离子束溅射（IBS）等，薄膜的聚集密度得到了显著的提高。

通过对红、绿、蓝三种带通滤光片在温度影响下中心波长漂移的实验，我们分析了造成这种漂移的原因。对于未胶合滤光片，薄膜柱状结构空隙中原本填充的水分子随温度升高被蒸发而引起的折射率下降是主要因素。对于胶合的滤光片，造成中心波长短移的原因在于填充薄膜空隙的水汽的折射率随温度上升而下降。