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定制滤光片应该考虑的光学参数
2022-10-09
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滤光片的作用是透射或反射特定波长,通常用于衰减或加强图像或将图像分成两个控制亮度水平相对的相同图像。了解滤光片的相关参数,有助于用户选择合适的滤光片以及精确定制滤光片。


1、定制滤光片应该考虑的光学参数
中心波长

中心波长(CWL)通常用于表示带通滤光片的峰值透射波长,或是陷波滤光片的峰值反射波长。精确地说,应该为在峰值透射率为50%的波长之间的中点,即半峰全宽(FWHM)的中点(见图1)。干涉滤光片的峰值则通常不会位于波长中点。


带宽
带宽是一个波长范围,用于表示频谱通过入射能量穿过滤光片的特定部分。带宽又称为FWHM(图1)。


透过率
透过率指目标波段的通光能力,通常以百分比表示,如透过率≥90%,数值越大,代表透光能力越好


截止范围
截止范围是用于表示通过滤光片衰减的能量光谱区域的波长间隔(图2)。截止的程度又称之为截止深度,通常用光密度或者透射率说明


光密度
光密度(OD)描述滤光片截止程度,并且与穿过的能量透射量有关(方程式1–2)。光密度值越高透射率越低,图3示意了三种不同的光密度:OD 1.0,OD 1.3和OD 1.5分别对应的透射率


入射角度
入射光线和滤光片表面法线之间的夹角。当光线正入射时,入射角为0°。

有效孔径
光学系统中有效利用的物理区域。通常于滤光片的外观尺寸相似,同心,尺寸略小些。

起始波长(开关波长)
起始波长是用于表示在长波通滤光片中透射率增加至50%波长的术语。起始波长由图5中的λcut-on起始表示

截止波长(开关波长)
截止波长是用于表示在短波通滤光片中透射率降低至50%波长的术语。截止波长由图6中的λcut-off截止表示

公差(光学参数)
以带通滤光片为例,中心波长、半宽、起始波长等都有公差,因此定购产品时一定要标明公差范围。

公差越小,制造难度越大,成本越高。用户可以根据实际需要,提出合理公差范围。

2、滤光片的尺寸参数

直径公差:
圆形光学元件的直径公差提供了一个可接受的直径值范围。 此生产规格会因制作光学产品的某些光学加工公司的技术水平和能力而有所不同。虽然直径公差不会对光学产品本身的光学性能产生任何影响,但如果要在任何一种固定器上安装光学产品,则它是您必须考虑的一种非常重要的机械公差。 例如,如果透镜的直径与其标称值存有偏差,则有可能使已安装的组件中的机械轴偏离光学轴,从而导致光的偏心。 通常,直径的生产公差为:+0.00/-0.10 mm表示一般质量,+0.00/-0.050 mm表示精密质量,+0.000/-0.010 mm则为高质量。


中心厚度公差:
光学元件(最典型的是透镜)的中心厚度,测量的是光学元件中心部分的材料厚度。中心厚度是通过透镜的机械轴来测量的,该机械轴是作为透镜外部边缘之间的轴来定义的。 透镜中心厚度的变化会影响光学性 能,这是因为中心厚度及其曲率半径会决定光线穿过透镜的光学路径长度。通常,中心厚度的生产公差为: +/-0.20 mm表示一般质量,+/-0.050 mm表示精密质量,+/-0.010 mm则为高质量。


通光孔径
通光孔径是指光学元件的直径或必须满足各种规格的光学元件的尺寸。由于生产的限制,实际上通光孔径要比实际元件的直径或尺寸要略小一些。

3、滤光片的表面规格
表面质量
光学表面的质量用来衡量光学产品表面特性,并且涵盖了一些划痕和坑点等瑕疵。这些表面的大部分瑕疵纯粹是表面上的瑕疵,并不会对系统性能产生很大的影响,虽然,它们可能会使系统通光量出现微小的下滑,使散射光出现更细微的散射。然而,有些表面会对这些影响更敏感,如:(1)图像平面的表面,因为这些瑕疵会产生聚焦,以及具有高功率级别的表面,因为这些瑕疵会增加能量吸收并毁坏光学产品。表面质量最常用的规格是由LTS-LG13830-B说明的划痕和坑点规格。通过将表面的划痕与在受控的照明条件下提供的一系列标准划痕进行对比,来确定划痕名称。因此,划痕名称不是描述其实际的划痕,而是根据LOTS规格将其与标准的划痕进行比较。然而,坑点名称直接与表面的点或小坑有关。坑点名称是通过以微米计的坑点直径除以10来计算的,通常划痕坑点规格在80至50之间将视为标准质量,在60至40之间为精确质量,而在20至10之间将视为高精度质量。


表面平面度
表面平面度是一种测量表面精度的规格类型,它用于测量反射镜、窗口片、棱镜或平光镜等平面的偏差。您可以使用光学平晶来测量此偏差,该平晶是一种高质量、高精度的参考平面,用于比较试样的平滑度。当所测试的光学产品的平面靠着光学平晶放置时,会出现条纹,其形状表示所检测的光学产品的表面平滑度。如果这些条纹间隔相等,并且是平行的直线,那么被检测的光学表面至少像参考光学平晶一样平展。如果条纹是弯曲的,则两个虚线(一个虚线与条纹中点相切,另一个虚线穿过同一个条纹的端点)之间的条纹数量会指出平滑度错误。平滑度的偏差通常是按波纹值(λ)来测量的,它们是由多个波长的测试源组成。一个条纹对应½的波长。平滑度为1λ,则表示一般的质量级别;平滑度为λ/4,则表示精确的质量级别;平滑度为λ/20,表示高精度的质量级别。