帶通與多帶通濾光片:光學(xué)系統(tǒng)的高精度波長選擇元件
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)工程中用于波長選擇的精密元件,其核心功能是允許特定波長的光通過,同時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)
允許特定范圍波長的光通過,并且阻擋該范圍之外波長的濾光片。濾光片通過干涉、多層薄膜結(jié)構(gòu)或其他技術(shù)來選擇性地透過某些波段的光。

優(yōu)點(diǎn) ??
高透射率:通過多層介質(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:單通帶設(shè)計(jì)對溫度敏感度低(波長漂移<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,無法滿足多波長同步檢測需求,如熒光顯微鏡需頻繁更換濾光片,導(dǎo)致檢測效率下降。
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。
2. 雙帶通濾光片(Dual Bandpass Filter)

優(yōu)點(diǎn) ??
雙波長兼容:支持兩個獨(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)信號分離。
效率提升:在熒光顯微鏡中,無需機(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)中可同時透過發(fā)射激光(905nm)并抑制太陽背景光(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)、血氧檢測儀。
3. 多帶通濾光片(Multiband Bandpass Filter)
優(yōu)點(diǎn) ??
多光譜支持:支持3個及以上通帶(如450nm、550nm、650nm),適用于衛(wèi)星遙感、量子通信等多波長場景。
系統(tǒng)集成簡化:在光通信DWDM系統(tǒng)中,單片可替代多個單帶通器件,體積減少70%。
高通量檢測: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
-
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過渡區(qū))。
2. 多通帶實(shí)現(xiàn)方法
-
串聯(lián)疊加法
將多個單帶通濾光片串聯(lián),但會引入厚度和反射損耗問題。 -
復(fù)合膜系設(shè)計(jì)
通過優(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)。
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)用場景
1. 熒光顯微成像
-
雙帶通濾光片
同步檢測激發(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)
-
抗干擾設(shè)計(jì)
雙帶通濾光片透過激光波長(如905nm),同時抑制環(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(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
-
血氧飽和度檢測
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. 未來技術(shù)方向
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超表面濾光片(Metasurface)
利用亞波長納米結(jié)構(gòu)調(diào)控光場相位,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)時優(yōu)化濾光片參數(shù)(如通帶位置、帶寬),適應(yīng)動態(tài)環(huán)境(如自動駕駛中的光照變化)。
六、選型與使用建議
-
需求分析
明確通帶數(shù)量、中心波長、帶寬及阻擋深度,避免過度設(shè)計(jì)。 -
環(huán)境適配
高溫場景選擇熱穩(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)測光譜曲線的廠商(如Semrock、Edmund Optics、晶萃光學(xué)等)。 -
驗(yàn)證測試
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
單帶通濾光片在成本與性能上占優(yōu),雙帶通在雙波長場景中不可替代,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
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)。
采用德國薄膜制備工藝,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)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的全自動生產(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,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(qiáng)(耐候性強(qiáng)于玻璃),玻璃長期使用存放不發(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)動力,通過鍍膜設(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)造新的利潤空間和競爭優(yōu)勢,為中國的民族制造業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。