光学滤光片可选择性地透过特定波长范围的光，同时阻挡其余波长的光。从日常摄影到先进的科学研究，滤光片在众多应用中都至关重要。本文回顾了光学滤光片的基本原理、主要类型及其主要应用。
基本定义：滤光片可以控制光的光谱特性。它们可以选择性地透射、反射或阻挡不同波长的光。滤光片在摄影领域的应用已有一个多世纪的历史，通常用于显微镜、光谱学、化学分析、机器视觉、天文学、电信和医学成像。
一、明确光学滤波器的关键术语：
尽管光学滤波器与其他光学元件有许多相同的规格，但了解该领域特有的特定术语也很重要。这些术语可以帮助您确定最适合您应用的滤光片。
1.CWL中心波长 指的是滤波器传输光谱的中点。遇到传统镀膜光学滤波器时，CWL 附近的传输率最高。另一方面，硬镀膜光学滤波器通常在整个带宽内具有一致的传输；
2.带宽：是指滤波器允许光线通过的光谱 "窗口"。它通常定义为 FWHM（全宽-半最大值）；
3.FWHM：一种更具体的带宽测量方法。它描述了滤波器传输的频谱宽度。要确定 FWHM，需要确定滤波器达到其最大传输率一半的位置。为了清楚起见，如果滤波器的峰值传输率为 90%，那么 FWHM 就定义在传输率达到 45% 的波长之间。快速指南
o FWHM ≤ 10nm： 这些是窄带滤光片，适用于激光纯化和化学传感等任务。
o 全宽域在 25-50nm 之间： 是机器视觉的理想选择。
o 全宽域 > 50 纳米： 这些是宽带滤光片，常用于荧光显微镜。
4.光束斜率
主要与边缘滤光片（如短通或长通滤光片）有关，它描述了滤光片从阻挡光线到允许光线通过的转换速度。它是根据截止波长百分比来定义的。例如，对于斜率为 1%的 500nm 长通滤波器来说，在 5nm 的带宽范围内，透射率从 10%过渡到 80%；
5.阻挡范围
滤光片有意削弱或减少透射光的光谱部分。这种阻挡的效率通常用 "光密度 "来衡量。
5.光学密度OD：
表示滤光片阻挡或减少光线的效果。外径越大，透光率越低，反之亦然。具体来说
o OD ≥ 6：适用于高阻挡需求，如拉曼光谱或荧光显微镜。
o OD在 3.0-4.0 之间： 激光过滤、机器视觉和化学检测的理想选择。
o OD小于 2.0： 最适合颜色区分和光谱阶次分离等应用。
了解这些术语对在各种应用中选择和使用滤光片做出明智的决定大有帮助。
二、滤光片的基础知识
滤光片的功能基于干扰、吸收、透射或任何组合。其性能指标通常包括
- 透射率： 通过滤光片的入射光。
- 阻带： 光被明显衰减的波长范围。
- 带宽：滤光片阻挡或允许传输的波长范围的宽度。
三、滤光片的种类
1.吸收性滤光片（截止）：这类滤光片吸收不需要的波长，同时透射需要的波长。它们通常由彩色玻璃、染色塑料或合成彩色凝胶制成。这种滤光片结构简单、成本低廉，常用于太阳镜和简单的相机镜头；
2.干涉滤光片：根据建设性和破坏性干涉原理工作，由折射率不同的多层薄材料组成。这些薄层与入射光发生干涉，使所需波长的光发生建设性干涉而通过，而不需要的波长则发生破坏性干涉而被反射或阻挡。
分色滤光片： 反射不需要的波长，同时透射所需的波长。
带通滤波器： 传输特定范围的波长。
长短通滤波器： 分别传输长于或短于截止值的波长。
3.可调滤波片：可调节滤除的波长。例如声光可调滤波器（AOTF）和液晶可调滤波器（LCTF）
三、应用
摄影： 滤光镜可以增强对比度、控制曝光过度或校正色彩
天文： 天文学家使用滤光片来分离特定元素或化合物发出的波长，从而帮助研究天体
电信：密集波分复用技术（DWDM）利用滤光片在单根光纤上分离和路由不同的数据通道
生物医学成像： 在荧光显微镜中，光学滤波器是将发射信号与激发源隔离的关键
光谱分析： 滤波器可隔离特定波长带，进行有针对性的光谱分析
光学滤波器的设计多种多样，在众多技术应用中起着举足轻重的作用。随着光子学和光学技术的不断发展，光学滤波器的重要性和复杂性只会有增无减。
