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光学与滤光片原理介绍

2024-06-11 林树鑫

我们都知道,自然光根据波段的不同分为紫外光、可见光和红外光,它们根据波段的不同而被划分为三个大分类,紫外光光源一般被分为ABC三种射线,即UVA400--315nm/UVB345-280nm/UVC280-190nm),紫外线拥有对细菌较强的杀伤力,常常被作为细菌、病毒消杀的射线,同时紫外光线具有比可见光更深的穿透力,因此在紫外滤光片中,经过紫外滤光片选取后的光可用于进行透视或鉴定工作,如常见的医院X光检查、假币鉴定、食品安全检验甚至到太空探索等重大领域。


 光学与滤光片原理介绍

(图片来源自网络分享,仅供参考使用,侵删)


可见光400-780nm,这个波段即为有色光,我们常看到的彩虹就是光经过空气中水分经过折射、反射和色散后的效果。常见红橙黄绿蓝靛紫七种颜色,红光(622-780nm)、橙光(597-622nm)、黄光(577-597nm)、绿光(492-577nm)、蓝光和靛光(455-492nm)、紫光(400-455nm)。

 

红外光,即介于可见光与微波之间,波长在0.7-1000微米的红外电磁波。

 

滤光片原理

滤光片是通过不同的光学结构实现对光线透过控制和筛选,具体分为颜色滤光片与薄膜滤光片两种。滤光片通过滤除不需要的波段,通常这一部分波段通常会以反射、衍射或吸收的形态被筛除,只保留了需要的波段,实现对光线的控制透过,所以可以理解为保留需求光,滤除杂质光。


滤光片


滤光片的制作一般分为两种,一种通过加入具有某些光学特性材料的物质形成具有一定特性的光学玻璃(也叫颜色滤光片)和通过在基材上镀膜形成具有某些光学特性的玻璃(也叫薄膜滤光片)。不同的基材材料其通过的波长也不相同,通过波段范围长的可以制作成更加广泛应用需求的滤光片。


青蓝色有色玻璃

(通过加入特定染料的光学有色蓝玻璃 


由于滤光片加工方式的特殊性,滤光片的滤光效果仍然也有一部分取决于加工基材,不同的加工基材具有不同的光学特性,如折射率、色散、吸收等。这些特性直接影响滤光片对不同波长光线的透过和截止能力。


 玻璃基材

(玻璃基材)


举例

常见的石英玻璃:如熔融石英(JGS1, JGS2, JGS3)和石英晶体,它们具有优异的热稳定性、压电特性、低热膨胀系数和优良的光学特性。其中,JGS1的透光波段为185nm--2500nm,JGS2的透光波段为220nm--2500nm,JGS3的透光波段为260nm--3500nm。

蓝宝石玻璃(Al2O3):属于超硬材料,具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高等优点。其透光范围从深紫外到红外,即180nm~4500nm。更多玻璃特性参考:各种玻璃特性详细介绍


 光学镀膜BP590nm美容带通滤光片

(光学镀膜BP590nm美容带通滤光片


通过简单的了解,我们知道滤光片对于光线的控制,尤其在可见光和红外光的应用中,因此对于滤光片在实际产品应用上的输出效果非常重要,如,常见超光子嫩肤应用,通过带通滤光片筛选出固定波长,如515nm光线,该波段可作用于表皮浅层,可起到改善浅层色素问题,如美白嫩肤,其次还有用于改善色斑、光老化的560nm滤光片,以及590、615、640、695等,更多内容可参考M22超光子嫩肤滤光片的作用


 滤光片红外应用

(滤光片红外应用)

红外光的应用更加广泛,包括红外夜视成像、红外热成像、红外激光测距、红外感应、红外测温、红外遥控等应用中,这些应用都需要到滤光片的应用,实现对波段的控制。可以说,滤光片对光学仪器产品的应用具有非常广泛的应用前景,几乎覆盖个工业、医疗、天文、食品等多项重要领域,同时,不同领域对着滤光片又提出了不同的行业标准与应用指标,以满足实际产品的应用需求。

 

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标签: 光学 滤光片
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