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光學薄膜是指在光學元件上或獨立基板上鍍上一層或多層電介質膜或金屬膜或電介質膜與金屬膜組成之膜堆來改變光波傳輸的特性,并由此設計出不同波長、不同性能、適應不同要求的光學薄膜元件。隨著一些光學性能可調控的主動薄膜材料被引入到薄膜和應用中,光學薄膜也突破了傳統的限制,發展為一種既能實現一般被動傳輸功能,又可實現對光束主動調控和轉換的功能性光學元件。光學薄膜的性能要求與具體應用密切相關。不同領域、不同系統以及不同的應用環境會對光學薄膜的性能提出不同的要求,并由此產生了一系列新的應用,包括:
 

1.帶通濾光片元件    

 


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

 

帶通干涉濾光片(圖1.a)選擇性地透射范圍狹窄的波長,同時阻斷其他特定的波長,廣泛應用于各種儀器,包括臨床化學、環境實驗、色彩學、元件和激光譜線分離、火焰光度法、熒光和免疫測定等。同時,還可使用干涉濾光片從弧形燈或氣體放電燈散譜線中選擇離散譜線(包括Hg、Xe、Cd和其他),以及從Ar、Kr、Nd:YAG及其他激光中隔離特定光譜線。
 
如圖1.b所示濾光片制備上我們以熔融石英、K9為基底,表面質量可做到60-40,通光孔徑大于90%,可提供從紫外到近紅外波長范圍(200nm~2500nm)的各種帶寬(10nm~80nm)的帶通濾光片,截止深度可大于OD4。其他波長、材料、尺寸及特性要求可以按照客戶需求定制。


2.干涉截止濾光片元件的應用

 


圖2.   (a)長通濾光片典型曲線                       (b)短波通濾光片典型曲線
 
要求某一波長范圍的光束高透射,而偏離這一波長的光束驟然變化為高反射(或稱抑制)的干涉截止濾光片有著廣泛的應用。我們把抑制短波區、透射長波區的濾光片稱為長波通濾光片。相反,抑制長波區、透射短波區的截止濾光片就稱為短波通濾光片。干涉截止濾光片廣泛應用于熒光顯微鏡,光譜學,臨床化學和成像系統中,用來隔離光譜。
 
濾光片制備上我們以熔融石英、K9玻璃為基底,表面質量可做到60-40 ,在保障平均透射率大于90%的前提下,截止深度可大于OD4,其測試的典型曲線如圖2所示,其他波長、材料、尺寸及特性要求可以按照客戶需求定制。
此外,在我們設計的產品中,SWIR長波通濾光片,設計以讓近紅外(SWIR)通過,同時阻斷可見光, SWIR長波通濾光片適用于改善各種機器視覺應用中使用的InGaAs相機的影像質量。這些長波邊緣通濾光片以多種尺寸和起始波長提供。SWIR長波通濾光片也可延伸作為冷反射鏡使用,以消除熱量累積造成的損傷和不利作用。
 
3.彩色濾光片薄膜
 
彩色成像濾光片經過精心設計與制造以滿足要求嚴格的機器視覺和成像應用。為了有效的讓RGB三色波長透過,可采用圖3.b中的RGB成像濾光片讓紅綠藍三種波長顏色的光高度透過,截止特定的UV、可見光或IR波長。相較于傳統濾光片,這幾款硬鍍膜濾光片可提供高截止能力(OD ≥3.0)以截止多余的光線,提供較大的入射角范圍(0°±5°或45°±5°),平均透過率大于94%,同時也提供較高的耐久性以實現較長的工作壽命。極高且平坦的透射輪廓可實現熱門的LED,實現均勻照明。此外,這些濾光片可用于改善圖像對比度,同時也可隔離光譜區域和顏色。波長、材料、尺寸及特性要求可以按照客戶需求定制。
 

訊技RGB成像濾光片典型曲線
 
4.安防用帶通濾光片
 


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、紅外氣體分析儀、夜視產品、紅外探測器、紅外接收機、紅外感應、紅外通訊產品。彩色監控攝像頭CCD會感應紅外線,會導致D.S.P無法算出正確顏色,因此須加一片濾光片,把光線中紅外線部分隔開。

 

圖4中我們設計的安防紅外濾光片,選用K9玻璃,中心波長處的透過率大于85%,截止深度優于OD4。安裝在CMOS或CCD前,可大幅度提高信號信噪比,可廣泛用于紅外檢測儀、激光夜視儀及夜視攝像機中。
 
5.二向色性濾光片
 


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

 

二向色濾光片,利用光波干涉原理制成的一種濾光片。可使可見光譜中任意波長范圍很狹的單色光,得到選擇性透射。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(有些場合稱為二向色分光片或二向色反射鏡)的透射范圍和反射范圍寬,過渡地帶轉換陡峭,適用于熒光成像或光譜分類等方面,是高透射濾光片的一個很好的補充物品。
 
◇ 適用于熒光成像或多光譜成像
◇ 從反射波段到透射波段的轉換非常銳利
◇ 反射波段和透射波段都有擴展
 
如圖5.b所示,基底材料為熔融石英,二向色性長波通濾光片的入射角為45°,截止的光線將在90°的角度被反射回去,透射率在625-1600nm范圍內平均偏振大于>85%;反射率在460-570nm平均偏振大于97%。其他波長、材料、尺寸及特性要求可以按照客戶需求定制。這一特性使濾光片非常適用于熒光應用或用作光譜分光鏡,偏振相關損耗小、光譜范圍大,且由精密熔融石英基片制作而成,且任何尺寸可根據客戶需求定制。
 
6.冷反射鏡
 
冷反射鏡在傳輸高能光束時將吸收一定的能量,這部分能量轉化為熱能,由于反射鏡材料的熱膨脹、局部熱應力以及反射鏡固定時的機械應力等原因,從而使鏡面產生形

變,影響光束的傳輸質量,嚴重的甚至使反射鏡炸裂,使系統不能有效地進行工作。鑒于此,高能光束系統中使用的反射鏡,要求其工作時表面形變應在許可的范圍以內。機械應力產生的形變可以通過反射鏡固定方式優化處理,從而將其控制在允許范圍以內, 

 


圖6. 以0°和45°入射的高性能冷反射鏡多層介電膜典型曲線圖  

 

局部熱應力產生的形變遠遠小于熱膨脹的形變。
 
如圖6所示,我們使用熔融石英和K9玻璃為基底、以0°或 45°入射的多層介電膜,平均反射率超過95%(波長范圍介于400 - 690nm),平均透射率超過90%(波長介于700 - 1150nm),表面質量可做到40-20,設計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45°入射的高性能熱反射鏡多層介電膜典型曲線圖
 

太陽光照射到地球之光譜涵蓋了紫外光(UV)、可見光(VIS)及紅外光(IR)。而最強位置約在500nm,其中只有可見光(400nm-700nm)對照明有用。因此在許多場合我們只希望可見光進來而把紅外光濾掉。例如阻隔紅外光可以把輻射熱阻隔掉,因此屋內和汽車內夏天不熱,冬天不冷。

 

熱鏡/紅外截止濾光片是利用精密光學鍍膜技術在光學基片上交替鍍上高低折射率的光學膜,實現可見光區(400-690nm)高透,近紅外(750-1000nm)截止的光學濾光片,主要應用于可拍照手機攝像頭、電腦內置攝像頭、汽車攝像頭等數碼成像領域,用于消除紅外光線對CCD/CMOS成像的影響。紅外光抑制是圖像傳感器必需的功能之一,這是因為CCD、CMOS對光的感應和人眼不同,人眼只能看到380-780nm的可見光,而CCD、CMOS則可以感應紅外光和紫外光,尤其對紅外光十分敏感,所以必須要將紅外光加以抑制,并保持可見光的高透過,使CCD/COMS對光的感應接近于人的眼睛,從而使拍攝的圖像也符合眼睛的感應。
 

采用圖7所示制作出的熱鏡,采用多層電介質膜結構,光學特性中可見光波段(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%,非常適合于防止不必要的熱量到達您裝置的敏感地區。在需要考慮熱量累積的應用中如建筑窗玻璃、汽車窗玻璃,0°或45°入射角的熱鏡通過將紅外光沿著入射光路反射回或者以90°反射來提供保護。

 

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