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光學薄膜是指在光學元件上(shàng)或獨立基闆上(shàng)鍍上(shàng)一層或多(duō)層電(diàn)介質膜或金屬膜或電(diàn)介質膜與金屬膜組成之膜堆來(lái)改變光波傳輸的特性,并由此設計(jì)出不同波長、不同性能、适應不同要求的光學薄膜元件。随着一些(xiē)光學性能可(kě)調控的主動薄膜材料被引入到薄膜和(hé)應用中,光學薄膜也突破了傳統的限制(zhì),發展為(wèi)一種既能實現一般被動傳輸功能,又可(kě)實現對光束主動調控和(hé)轉換的功能性光學元件。光學薄膜的性能要求與具體(tǐ)應用密切相關。不同領域、不同系統以及不同的應用環境會(huì)對光學薄膜的性能提出不同的要求,并由此産生(shēng)了一系列新的應用,包括:
 

1.帶通(tōng)濾光片元件    

 


圖1.   (a)帶通(tōng)濾光片示意圖                  (b) 帶通(tōng)濾光片元件典型曲線

 

帶通(tōng)幹涉濾光片(圖1.a)選擇性地透射範圍狹窄的波長,同時(shí)阻斷其他特定的波長,廣泛應用于各種儀器(qì),包括臨床化學、環境實驗、色彩學、元件和(hé)激光譜線分離、火(huǒ)焰光度法、熒光和(hé)免疫測定等。同時(shí),還(hái)可(kě)使用幹涉濾光片從弧形燈或氣體(tǐ)放電(diàn)燈散譜線中選擇離散譜線(包括Hg、Xe、Cd和(hé)其他),以及從Ar、Kr、Nd:YAG及其他激光中隔離特定光譜線。
 
如圖1.b所示濾光片制(zhì)備上(shàng)我們以熔融石英、K9為(wèi)基底,表面質量可(kě)做(zuò)到60-40,通(tōng)光孔徑大(dà)于90%,可(kě)提供從紫外到近紅外波長範圍(200nm~2500nm)的各種帶寬(10nm~80nm)的帶通(tōng)濾光片,截止深度可(kě)大(dà)于OD4。其他波長、材料、尺寸及特性要求可(kě)以按照客戶需求定制(zhì)。


2.幹涉截止濾光片元件的應用

 


圖2.   (a)長通(tōng)濾光片典型曲線                       (b)短(duǎn)波通(tōng)濾光片典型曲線
 
要求某一波長範圍的光束高(gāo)透射,而偏離這一波長的光束驟然變化為(wèi)高(gāo)反射(或稱抑制(zhì))的幹涉截止濾光片有(yǒu)着廣泛的應用。我們把抑制(zhì)短(duǎn)波區(qū)、透射長波區(qū)的濾光片稱為(wèi)長波通(tōng)濾光片。相反,抑制(zhì)長波區(qū)、透射短(duǎn)波區(qū)的截止濾光片就稱為(wèi)短(duǎn)波通(tōng)濾光片。幹涉截止濾光片廣泛應用于熒光顯微鏡,光譜學,臨床化學和(hé)成像系統中,用來(lái)隔離光譜。
 
濾光片制(zhì)備上(shàng)我們以熔融石英、K9玻璃為(wèi)基底,表面質量可(kě)做(zuò)到60-40 ,在保障平均透射率大(dà)于90%的前提下,截止深度可(kě)大(dà)于OD4,其測試的典型曲線如圖2所示,其他波長、材料、尺寸及特性要求可(kě)以按照客戶需求定制(zhì)。
此外,在我們設計(jì)的産品中,SWIR長波通(tōng)濾光片,設計(jì)以讓近紅外(SWIR)通(tōng)過,同時(shí)阻斷可(kě)見光, SWIR長波通(tōng)濾光片适用于改善各種機器(qì)視(shì)覺應用中使用的InGaAs相機的影(yǐng)像質量。這些(xiē)長波邊緣通(tōng)濾光片以多(duō)種尺寸和(hé)起始波長提供。SWIR長波通(tōng)濾光片也可(kě)延伸作(zuò)為(wèi)冷反射鏡使用,以消除熱量累積造成的損傷和(hé)不利作(zuò)用。
 
3.彩色濾光片薄膜
 
彩色成像濾光片經過精心設計(jì)與制(zhì)造以滿足要求嚴格的機器(qì)視(shì)覺和(hé)成像應用。為(wèi)了有(yǒu)效的讓RGB三色波長透過,可(kě)采用圖3.b中的RGB成像濾光片讓紅綠藍(lán)三種波長顔色的光高(gāo)度透過,截止特定的UV、可(kě)見光或IR波長。相較于傳統濾光片,這幾款硬鍍膜濾光片可(kě)提供高(gāo)截止能力(OD ≥3.0)以截止多(duō)餘的光線,提供較大(dà)的入射角範圍(0°±5°或45°±5°),平均透過率大(dà)于94%,同時(shí)也提供較高(gāo)的耐久性以實現較長的工作(zuò)壽命。極高(gāo)且平坦的透射輪廓可(kě)實現熱門(mén)的LED,實現均勻照明(míng)。此外,這些(xiē)濾光片可(kě)用于改善圖像對比度,同時(shí)也可(kě)隔離光譜區(qū)域和(hé)顔色。波長、材料、尺寸及特性要求可(kě)以按照客戶需求定制(zhì)。
 

訊技(jì)RGB成像濾光片典型曲線
 
4.安防用帶通(tōng)濾光片
 


圖4. 安防紅外濾光片典型曲線  

 

紅外濾光片指紅外攝影(yǐng)用的深紅色濾光片。紅外濾光片主要應用于安防監控領域、紅外氣體(tǐ)分析儀、夜視(shì)産品、紅外探測器(qì)、紅外接收機、紅外感應、紅外通(tōng)訊産品。彩色監控攝像頭CCD會(huì)感應紅外線,會(huì)導緻D.S.P無法算(suàn)出正确顔色,因此須加一片濾光片,把光線中紅外線部分隔開(kāi)。

 

圖4中我們設計(jì)的安防紅外濾光片,選用K9玻璃,中心波長處的透過率大(dà)于85%,截止深度優于OD4。安裝在CMOS或CCD前,可(kě)大(dà)幅度提高(gāo)信号信噪比,可(kě)廣泛用于紅外檢測儀、激光夜視(shì)儀及夜視(shì)攝像機中。
 
5.二向色性濾光片
 


圖5.  (a) 二向色性長波通(tōng)濾光片典型曲線       (b) 二向色性長波通(tōng)濾光片典型曲線  

 

二向色濾光片,利用光波幹涉原理(lǐ)制(zhì)成的一種濾光片。可(kě)使可(kě)見光譜中任意波長範圍很(hěn)狹的單色光,得(de)到選擇性透射。光譜中不能透過的部分被反射而不是被吸收。二向色濾光片(有(yǒu)些(xiē)場(chǎng)合稱為(wèi)二向色分光片或二向色反射鏡)的透射範圍和(hé)反射範圍寬,過渡地帶轉換陡峭,适用于熒光成像或光譜分類等方面,是高(gāo)透射濾光片的一個(gè)很(hěn)好的補充物品。
 
◇ 适用于熒光成像或多(duō)光譜成像
◇ 從反射波段到透射波段的轉換非常銳利
◇ 反射波段和(hé)透射波段都有(yǒu)擴展
 
如圖5.b所示,基底材料為(wèi)熔融石英,二向色性長波通(tōng)濾光片的入射角為(wèi)45°,截止的光線将在90°的角度被反射回去,透射率在625-1600nm範圍內(nèi)平均偏振大(dà)于>85%;反射率在460-570nm平均偏振大(dà)于97%。其他波長、材料、尺寸及特性要求可(kě)以按照客戶需求定制(zhì)。這一特性使濾光片非常适用于熒光應用或用作(zuò)光譜分光鏡,偏振相關損耗小(xiǎo)、光譜範圍大(dà),且由精密熔融石英基片制(zhì)作(zuò)而成,且任何尺寸可(kě)根據客戶需求定制(zhì)。
 
6.冷反射鏡
 
冷反射鏡在傳輸高(gāo)能光束時(shí)将吸收一定的能量,這部分能量轉化為(wèi)熱能,由于反射鏡材料的熱膨脹、局部熱應力以及反射鏡固定時(shí)的機械應力等原因,從而使鏡面産生(shēng)形

變,影(yǐng)響光束的傳輸質量,嚴重的甚至使反射鏡炸裂,使系統不能有(yǒu)效地進行(xíng)工作(zuò)。鑒于此,高(gāo)能光束系統中使用的反射鏡,要求其工作(zuò)時(shí)表面形變應在許可(kě)的範圍以內(nèi)。機械應力産生(shēng)的形變可(kě)以通(tōng)過反射鏡固定方式優化處理(lǐ),從而将其控制(zhì)在允許範圍以內(nèi), 

 


圖6. 以0°和(hé)45°入射的高(gāo)性能冷反射鏡多(duō)層介電(diàn)膜典型曲線圖  

 

局部熱應力産生(shēng)的形變遠遠小(xiǎo)于熱膨脹的形變。
 
如圖6所示,我們使用熔融石英和(hé)K9玻璃為(wèi)基底、以0°或 45°入射的多(duō)層介電(diàn)膜,平均反射率超過95%(波長範圍介于400 - 690nm),平均透射率超過90%(波長介于700 - 1150nm),表面質量可(kě)做(zuò)到40-20,設計(jì)用于因熱量聚集而造成損壞或反效果的任何應用。

7.熱鏡

圖7. 以0°和(hé)45°入射的高(gāo)性能熱反射鏡多(duō)層介電(diàn)膜典型曲線圖
 

太陽光照射到地球之光譜涵蓋了紫外光(UV)、可(kě)見光(VIS)及紅外光(IR)。而最強位置約在500nm,其中隻有(yǒu)可(kě)見光(400nm-700nm)對照明(míng)有(yǒu)用。因此在許多(duō)場(chǎng)合我們隻希望可(kě)見光進來(lái)而把紅外光濾掉。例如阻隔紅外光可(kě)以把輻射熱阻隔掉,因此屋內(nèi)和(hé)汽車(chē)內(nèi)夏天不熱,冬天不冷。

 

熱鏡/紅外截止濾光片是利用精密光學鍍膜技(jì)術(shù)在光學基片上(shàng)交替鍍上(shàng)高(gāo)低(dī)折射率的光學膜,實現可(kě)見光區(qū)(400-690nm)高(gāo)透,近紅外(750-1000nm)截止的光學濾光片,主要應用于可(kě)拍照手機攝像頭、電(diàn)腦(nǎo)內(nèi)置攝像頭、汽車(chē)攝像頭等數(shù)碼成像領域,用于消除紅外光線對CCD/CMOS成像的影(yǐng)響。紅外光抑制(zhì)是圖像傳感器(qì)必需的功能之一,這是因為(wèi)CCD、CMOS對光的感應和(hé)人(rén)眼不同,人(rén)眼隻能看到380-780nm的可(kě)見光,而CCD、CMOS則可(kě)以感應紅外光和(hé)紫外光,尤其對紅外光十分敏感,所以必須要将紅外光加以抑制(zhì),并保持可(kě)見光的高(gāo)透過,使CCD/COMS對光的感應接近于人(rén)的眼睛,從而使拍攝的圖像也符合眼睛的感應。
 

采用圖7所示制(zhì)作(zuò)出的熱鏡,采用多(duō)層電(diàn)介質膜結構,光學特性中可(kě)見光波段(400-690nm)平均透射率超過95%;紅外波段(750 - 1200 nm)平均反射率超過90%,非常适合于防止不必要的熱量到達您裝置的敏感地區(qū)。在需要考慮熱量累積的應用中如建築窗玻璃、汽車(chē)窗玻璃,0°或45°入射角的熱鏡通(tōng)過将紅外光沿着入射光路反射回或者以90°反射來(lái)提供保護。

 

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