带通滤光片

带通滤光片是光谱特性曲线透射带两侧邻接截止带的滤光片。带通滤光片根据光谱特性大致分为宽带滤光片和窄带滤光片两种，两种滤光片通常都是组合而成的，应用了光波干涉原理制备带通滤光片，且带通滤光片在各个领域得到了广泛应用。

简介

光谱特性曲线的透射带两侧为截止区的滤光片称为带通滤光片。带通滤光片是一类重要的光学薄膜元件，它在化学、光谱学、激光、天文物理、光纤通信、生物学等领域得到了广泛应用。用光波干涉原理制备的带通滤光片的光谱曲线，波长附近光谱透射区称为滤光片的通带，通常两侧是截止区，而且截止区的周围可能存在旁通带，通常需要用有色玻璃、吸收膜或截止滤光片来消除旁通带。

带通滤光片的主要特性参数有：

① ：中心波长，也称为峰值波长；

② ：处透射率；

③ ：半宽度，它是透射峰为峰值一半处通带的波长宽度；

④ ：十进宽度，它是透射峰为峰值10%处通带的波长宽度；

⑤ ：波形系数，它表征了通带矩形化程度；

⑥ ：相对半宽度，有时记为HW；

⑦ ：抑制带最小透射率，即背景透射率；

⑧ ：抑制率；

⑨ ：长波截止范围；

⑩ ：短波截止范围。

根据光谱特性可以将带通滤光片分为：窄带滤光片和宽带滤光片，但这种划分没有明确的界限，通常把相对半宽度不小于20%的滤光片称为宽带滤光片。

宽带滤光片

宽带滤光片通常可以用短波通和长波通滤光片组合而成。考虑到膜层吸收特性，某些短波通或长波通滤光片其本身就可以当作宽带滤光片。截止滤光片膜系可以镀在不同的基片上，若干不同截止波长的截止滤光片可组成一套具有不同半宽度和峰值波长的宽带滤光片，一般情况下，这样组成的宽带滤光片，不适用于成像系统，因为膜系之间的多次反射可能会造成鬼像。为了消除鬼像，必须把整个薄膜滤光片都镀在基底的同一侧，最有效的设计方法仍然是采用对称周期膜系。

采用对称周期膜系时，可用等效单层膜来表示短波通膜系和长波通膜系，这样有三个需要匹配的界面，假如用A和B表示两个等效膜，其中B靠近基片，则在基片和B，B和A及A和入射介质之间都需要考虑匹配膜层，用简单的膜层来匹配，一般能满足要求。

某些多半波滤光片膜系(即含有多个半波层的膜系)也可以构成宽带滤光片，例如全介质四半波滤光片：，其中，，，，其相对半宽度，光谱曲线如图1所示。

窄带滤光片

以长波通与短波通滤光片来合成窄带滤光片在工艺上非常困难，因为制膜时截止波长、中心波长和半宽度都很难控制，所以通常以法布里一珀罗干涉仪(简称F—P干涉仪或F—P标准具)来设计窄带滤光片，其设计原理与其他膜系完全不同。

根据物理光学的有关知识，F—P干涉仪由两块高反射率，间隔为d的平行反射板组成，如图2所示，如果用介质层来代替平行反射板之间的空气层，在介质层两侧镀制高反射膜层，就可得到具有F—P干涉仪光谱性质的膜系。

根据多光束干涉理论，通过F—P标准具的透过率为

式中，和为两反射膜的反射率；和为反射膜的反射相移；为间隔层相位厚度。

令，可得

式子的特点是相位关系和振幅关系可以分别研究，和只决定于两个反射膜系的反射率，而因子仅取决于两个反射膜系的反射相移和间隔层厚度。

带通滤光片的应用

宽带滤光片的应用

在光学工程实际应用中，并不是所有需要带通滤光片的地方都希望通带越窄越好，还有一部分需要是宽带滤光片。例如用于电焊防护的自动变光面罩，要求使用一块对可见光透明，而对紫外和红外深度截止的带通滤光片，其应用特点如下：

(1)强光防护滤光片的性能要求

①紫外线、红外线隔离性：对波长波段的紫外线和大于的红外线的透过率小于。

②可见光透明度：在之间任意波长、带宽为、中心透过率不小于50%的彩色可见光透明带(透过色可以是蓝绿、墨绿、翠绿、黄绿、黄色、橙色)。

(2)诱导滤光片膜系

由于需要截止的紫外和红外波段很宽，截止度又很深，只有金属诱导滤光膜系有可能实现。在设计中主要采取的措施有：

①这里并不需要窄通带，可选用三层金属膜层，既可以增加通带的宽度，又能够加深截止度。

②使用高折射率层做金属层之间的间隔层，有利于抑制紫外区的短波透射次峰。

③调整金属层厚度的比例，可以调整通带波形。

如图3给出了实际设计膜系的透射率曲线，其中，和是厚度不同的银膜，曲线a表示和银膜的厚度是和，曲线b表示和银膜的厚度是和。由图3可知，改变金属膜层总厚度，可以改变通带透射率和截止带深度；调整金属膜的厚度，通带波形将被改变。

窄带滤光片的应用

长期以来，F—P干涉型膜系作为获得窄带通滤光片的唯一途径，在光学波段得到了广泛的应用。特别是近几年在光纤通信DWDM(Dense Wavelength—DivisionMultiplexing，密集波分复用器)技术中，采用F—P干涉型光学超窄带滤光片扩展单根光纤的信道容量，使光学超窄带滤光片的应用和制造技术水平上升到一个新的高度。

(1)应用于光纤通信DWDM系统的超窄带滤光片

应用于光纤通信DWDM系统的超窄带滤光片，除了必须具备热稳定性好、插入损耗小、偏振相关损耗小的特征之外，为了能够在传输光线终端正确地将每个载波从包含有多个波长的一束光中提取出来而不存在串扰，还必须具有矩形通带、较小的通带波纹和较高的抑制比。

(2)光学梳状滤波器(Interleaver)

光学梳状滤波技术是一种把一列频率间隔为的光信号分成两列频率间隔为的光信号，并分别从两个信道输出的光滤波技术。

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