帶通與多帶通濾光片：光學(xué)系統(tǒng)的高精度波長(zhǎng)選擇元件
帶通與多帶通濾光片：光學(xué)系統(tǒng)的高精度波長(zhǎng)選擇元件
需要增透減反技術(shù)可以聯(lián)系我們上海工廠18917106313
上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號(hào)灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國(guó)科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。
引言
帶通濾光片（Bandpass Filter）和多帶通濾光片（Multiband Bandpass Filter）是光學(xué)工程中用于波長(zhǎng)選擇的精密元件，其核心功能是允許特定波長(zhǎng)的光通過(guò)，同時(shí)抑制其他波段的干擾光。
一、技術(shù)定義與分類
1. 單帶通濾光片（Single Bandpass Filter）
允許特定范圍波長(zhǎng)的光通過(guò)，并且阻擋該范圍之外波長(zhǎng)的濾光片。濾光片通過(guò)干涉、多層薄膜結(jié)構(gòu)或其他技術(shù)來(lái)選擇性地透過(guò)某些波段的光。
優(yōu)點(diǎn) ??
高透射率：通過(guò)多層介質(zhì)膜干涉設(shè)計(jì)（如高/低折射率材料交替堆疊），透射率可達(dá)90%以上，部分商用產(chǎn)品（如Semrock FF01-532/10）峰值透過(guò)率可達(dá)95% 。
陡峭邊緣：基于法布里-珀羅（F-P）干涉腔設(shè)計(jì)，通帶邊緣過(guò)渡區(qū)可窄至±5nm，適用于激光雷達(dá)等需高精度光譜分離的場(chǎng)景。
低成本：常規(guī)單帶通濾光片（如Edmund Optics #65-582）成本約50-200美元，因膜層數(shù)較少（通常<100層）且工藝成熟。
環(huán)境穩(wěn)定性：?jiǎn)瓮◣гO(shè)計(jì)對(duì)溫度敏感度低（波長(zhǎng)漂移<0.1nm/℃），采用零膨脹基底材料（如ULE玻璃）可進(jìn)一步提升穩(wěn)定性。
缺點(diǎn) ??
功能單一：僅支持單一波段，無(wú)法滿足多波長(zhǎng)同步檢測(cè)需求，如熒光顯微鏡需頻繁更換濾光片，導(dǎo)致檢測(cè)效率下降。
典型應(yīng)用 ??
激光準(zhǔn)直、手機(jī)攝像頭紅外截止、單色光檢測(cè)。
2. 雙帶通濾光片（Dual Bandpass Filter）
優(yōu)點(diǎn) ??
雙波長(zhǎng)兼容：支持兩個(gè)獨(dú)立通帶（如450-500nm和800-850nm），適配雙色熒光標(biāo)記或激光雷達(dá)信號(hào)分離。
效率提升：在熒光顯微鏡中，無(wú)需機(jī)械切換濾光片，實(shí)驗(yàn)效率提升30%。
抗干擾增強(qiáng)：激光雷達(dá)中可同時(shí)透過(guò)發(fā)射激光（905nm）并抑制太陽(yáng)背景光（800-950nm），信噪比（SNR）>15dB。
缺點(diǎn) ??
透射率下降：因雙通帶設(shè)計(jì)需平衡透射與截止，透射率降至80-85%，低照度效果差。
設(shè)計(jì)復(fù)雜度高：需優(yōu)化兩個(gè)通帶的位置與隔離度，膜層數(shù)增至150層以上，工藝誤差容限低（厚度誤差<0.3nm）。
成本較高：約300-800美元（如Semrock FF560-Di01），是單帶通的3-4倍。
典型應(yīng)用 ??
雙色熒光顯微成像（蔡司LSM 900）、血氧檢測(cè)儀。
3. 多帶通濾光片（Multiband Bandpass Filter）
優(yōu)點(diǎn) ??
多光譜支持：支持3個(gè)及以上通帶（如450nm、550nm、650nm），適用于衛(wèi)星遙感、量子通信等多波長(zhǎng)場(chǎng)景。
系統(tǒng)集成簡(jiǎn)化：在光通信DWDM系統(tǒng)中，單片可替代多個(gè)單帶通器件，體積減少70%。
高通量檢測(cè)：衛(wèi)星成像中單次曝光可捕獲植被、水體等多光譜數(shù)據(jù)，效率提升5倍。
缺點(diǎn) ??
性能妥協(xié)：透射率降至75-80%（如Thorlabs FBH 400-700）；通帶間隔需>50nm以避免串?dāng)_，限制光譜分辨率。
制造難度大：膜層數(shù)超200層，厚度誤差需<0.3nm（良品率<30%）；熱膨脹系數(shù)差異易導(dǎo)致膜層龜裂（失效概率比單帶通高5倍）。
成本極高：定制航天級(jí)產(chǎn)品達(dá)1000-5000美元，因鍍膜工藝復(fù)雜（如離子束濺射）且需高精度測(cè)試設(shè)備。
典型應(yīng)用 ???
衛(wèi)星多光譜遙感（Landsat-9）、量子密鑰分發(fā)（QKD）。
二、核心設(shè)計(jì)原理
1. 薄膜干涉理論
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法布里- 干涉結(jié)構(gòu)
-
通帶調(diào)控
增加膜層數(shù)可提升通帶邊緣陡度（如100層膜實(shí)現(xiàn)<10nm過(guò)渡區(qū)）。
2. 多通帶實(shí)現(xiàn)方法
-
串聯(lián)疊加法
將多個(gè)單帶通濾光片串聯(lián)，但會(huì)引入厚度和反射損耗問(wèn)題。 -
復(fù)合膜系設(shè)計(jì)
通過(guò)優(yōu)化多層膜堆疊順序，在單片基底上實(shí)現(xiàn)多通帶（如Semrock的FF01-440/521/607-25型號(hào)）。
三、制造工藝與技術(shù)挑戰(zhàn)
1. 鍍膜工藝
-
離子束濺射（IBS）
精度達(dá)±0.1nm，適用于高精度窄帶濾光片（如激光雷達(dá)用濾光片）。 -
電子束蒸發(fā)
成本較低，但膜層致密性較差，多用于寬帶濾光片（如相機(jī)紅外截止濾光片）。
2. 技術(shù)難點(diǎn)
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通帶平坦度
膜厚誤差易導(dǎo)致通帶內(nèi)波紋（Ripple），需引入漸變折射率層優(yōu)化。 -
熱應(yīng)力控制
不同材料（如Ta?O?與SiO?）的熱膨脹系數(shù)差異可能導(dǎo)致膜層龜裂。 -
環(huán)境穩(wěn)定性
高溫高濕環(huán)境下膜層折射率可能漂移（典型漂移量：±0.5nm@85℃/85%RH）。
四、典型應(yīng)用場(chǎng)景
1. 熒光顯微成像
-
雙帶通濾光片
同步檢測(cè)激發(fā)光（如488nm）和發(fā)射光（如525nm），用于活細(xì)胞多色熒光成像（如蔡司LSM 900顯微鏡）。 -
數(shù)據(jù)驗(yàn)證
采用雙帶通濾光片后，成像信噪比（SNR）提升2-3倍。
2. 激光雷達(dá)（LiDAR）
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抗干擾設(shè)計(jì)
雙帶通濾光片透過(guò)激光波長(zhǎng)（如905nm），同時(shí)抑制環(huán)境光（如850-940nm），信噪比提升至>15dB。 -
行業(yè)案例
Velodyne HDL-32E雷達(dá)采用定制雙帶通濾光片，探測(cè)距離達(dá)200米。
3. 光通信系統(tǒng)
-
密集波分復(fù)用（DWDM）
多帶通濾光片分離間隔0.8nm的C波段光信號(hào)（如1530nm、1530.8nm），單光纖傳輸容量突破1.6Tbps。 -
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
ITU-T G.694.1規(guī)定DWDM信道間隔為50GHz（約0.4nm）。
4. 醫(yī)療診斷設(shè)備
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血氧飽和度檢測(cè)
雙帶通濾光片分離紅光（660nm）和紅外光（940nm），符合ISO 80601-2-61標(biāo)準(zhǔn)，誤差<±2%。
五、性能對(duì)比與技術(shù)演進(jìn)
1. 單帶通 vs. 多帶通濾光片
| 參數(shù) |
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|---|---|---|---|
| 透射率（T%） |
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| 制造成本 |
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| 典型應(yīng)用 |
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2. 未來(lái)技術(shù)方向
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超表面濾光片（Metasurface）
利用亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)調(diào)控光場(chǎng)相位，實(shí)現(xiàn)超?。?lt;1μm）、可調(diào)諧多通帶濾光（Nature Photonics, 2022）。 -
智能自適應(yīng)系統(tǒng)
AI算法實(shí)時(shí)優(yōu)化濾光片參數(shù)（如通帶位置、帶寬），適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境（如自動(dòng)駕駛中的光照變化）。
六、選型與使用建議
-
需求分析
明確通帶數(shù)量、中心波長(zhǎng)、帶寬及阻擋深度，避免過(guò)度設(shè)計(jì)。 -
環(huán)境適配
高溫場(chǎng)景選擇熱穩(wěn)定性高的材料（如熔融石英基底）。 -
供應(yīng)商選擇
優(yōu)先選用提供實(shí)測(cè)光譜曲線的廠商（如Semrock、Edmund Optics、晶萃光學(xué)等）。 -
驗(yàn)證測(cè)試
使用光譜儀（如Ocean Insight HR4000）驗(yàn)證透射率曲線與標(biāo)稱參數(shù)的一致性。
結(jié)語(yǔ)
單帶通濾光片在成本與性能上占優(yōu)，雙帶通在雙波長(zhǎng)場(chǎng)景中不可替代，多帶通則服務(wù)于**多光譜系統(tǒng)但需承擔(dān)高成本與低穩(wěn)定性。未來(lái)隨著超表面和可調(diào)諧技術(shù)的發(fā)展，多帶通濾光片的缺點(diǎn)有望逐步消解，但在現(xiàn)階段，合理選型仍需基于具體需求權(quán)衡利弊。
關(guān)于我們
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采用德國(guó)薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、光學(xué)科研，紅外制導(dǎo)、面部識(shí)別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業(yè)燈具照明，廣告機(jī)，點(diǎn)餐機(jī)，電子白板，安防監(jiān)控等。卷柔新技術(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全自動(dòng)生產(chǎn)線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產(chǎn)線能夠生產(chǎn)全球先進(jìn)的減反射玻璃。鍍膜版面可達(dá)到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對(duì)PC,PMMA方面的增透膜也具有量產(chǎn)生產(chǎn)能力。ARcoating減反膜基本接近無(wú)色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點(diǎn)，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個(gè)難度和具有很好的應(yīng)用性，新意突出，實(shí)用性突出，濕法鍍膜在價(jià)格方面也均優(yōu)于真空磁控的干法。
卷柔減反射(AR)玻璃的特點(diǎn):高透,膜層無(wú)色,膜硬度高,抗老化性強(qiáng)(耐候性強(qiáng)于玻璃),玻璃長(zhǎng)期使用存放不發(fā)霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機(jī)玻璃、節(jié)能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護(hù)玻璃等多行業(yè)。
我們的愿景：卷柔讓光學(xué)更具價(jià)值！
我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術(shù)！
我們的目標(biāo)：以高質(zhì)量的產(chǎn)品，優(yōu)惠的價(jià)格,貼心的服務(wù)，為客戶提供優(yōu)良的解決方案。
上海卷柔科技以現(xiàn)代鍍膜技術(shù)為核心驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)鍍膜設(shè)備、鍍膜加工、光學(xué)鍍膜產(chǎn)品服務(wù)于客戶，努力為客戶創(chuàng)造新的利潤(rùn)空間和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，為中國(guó)的民族制造業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
