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光學(xué)濾光片的性能指標(biāo)

日期:2026-01-01 04:35
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摘要:光學(xué)濾光片的性能指標(biāo)

 濾光片的性能指標(biāo)是使用一種語言對濾光片性能進(jìn)行必要的描述,且所用說明的語言可以被系統(tǒng)設(shè)計(jì)者、用戶、濾光片的制造者等很容易的接受。有時(shí)濾光片生產(chǎn)者會(huì)根據(jù)濾光片可實(shí)現(xiàn)的性能進(jìn)行編寫,可能為了用戶,或者并沒有明確應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品目錄,這里我們不討論后者。在大多數(shù)情況下,性能指標(biāo)常常是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來編寫的。為了從系統(tǒng)中獲得理想的性能,設(shè)計(jì)者會(huì)在指標(biāo)中描述濾光片所要求的性能。在編寫這樣的指標(biāo)時(shí),首先必須回答的一個(gè)問題是:濾光片是用來做什么的?濾光片的目的必須被清楚地確定下來,并且這將會(huì)是編寫工作的基礎(chǔ)。對于如何具體說明性能詳情,確實(shí)沒有系統(tǒng)的方法。有時(shí),濾光片所應(yīng)用的系統(tǒng)性能必須達(dá)到一定的水平,否則在進(jìn)一步說明中將會(huì)沒有著重點(diǎn)。濾光片的性能應(yīng)該可以很容易的確定下來,但是,這常常不是一件容易的事情。對于性能來說,不存在優(yōu)良的要求,性能應(yīng)該在復(fù)雜性或可能價(jià)格允許的范圍內(nèi)盡可能的高。在這種情況下,系統(tǒng)采用不同性能的濾光片,其性能必須與其造價(jià)、復(fù)雜性,以及能否對合理情況作出判斷相平衡。*終的指標(biāo)將會(huì)是所要求的情況與可實(shí)現(xiàn)的情況的折中。

                                                            

這里舉一個(gè)例子,讓我來簡單地思考這個(gè)問題:在連續(xù)譜中如何獲得一條譜線。很明顯,需要的是窄帶濾光片,但是需要什么樣的帶寬和什么類型的濾光片呢?濾光片透射的譜線能量主要取決于其峰值透過率(假設(shè)在問題中濾光片的峰值位置總可以調(diào)整到譜線),而連續(xù)譜的能量將取決于透射率曲線下方的總面積,包括遠(yuǎn)離峰值的波長截止區(qū)。通帶越窄,則譜線與連續(xù)譜的對比度就越高,特別是隨著通帶的變窄,一般會(huì)提高截止度。然而,由于通帶的變窄會(huì)增加制造苦難,所以通帶越窄,造價(jià)會(huì)越高;并且由于進(jìn)一步增加光非準(zhǔn)直性的敏感度,所以也會(huì)使得可允許焦比變大。這里的后一點(diǎn)意味著,對于相同的視場,擁有較窄帶寬的濾光片必須做的更大,這樣可以使用較大的焦比,但這會(huì)增加制作難度和整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。另一個(gè)提高濾光片性能的方法是增大通帶的邊緣陡度但仍保持相同的寬帶。一個(gè)矩形的通帶形狀和具有相同半寬度的簡單法布里-珀羅濾光片相比,有更高的對比度,并且該通帶有一個(gè)額外的優(yōu)勢是,遠(yuǎn)離濾光片峰值的截止度也會(huì)變得更大。通過1/10帶寬或1/100帶寬描述,這一邊緣陡度可以被確定。同樣地,邊緣越陡,制作越困難,并且造價(jià)越高。

由于率光片像其他任何人造產(chǎn)品一樣,不能制造得出完全符合說明書的規(guī)范,因此一些允許值必須說明。對于窄帶濾光片,應(yīng)該給定容差的主要參數(shù)是:峰值波長、峰值透射率和帶寬。因?yàn)閹缀跛械膽?yīng)用中都是峰值透過率越高越好,通常說明它的下限就足夠。對于峰值波長容差主要有兩個(gè)方面。**,在濾光片表面上峰值波長的均勻性。在薄膜上總會(huì)有一些變化,盡管非常小,但必須給定一定的限度。通常*好在規(guī)格中限定均勻性誤差,使其不超過半寬度的三分之一。**,在濾光片的整個(gè)區(qū)域上測量平均峰值波長的誤差。這個(gè)允許值常常是正的,因此濾光片總是可以通過傾斜來調(diào)整到正常波長。對于給定的寬度,在任何應(yīng)用中所允許的傾斜量將在很大程度上由系統(tǒng)的孔徑和市場來決定,因?yàn)殡S著傾斜角的增大,濾光片所能接收的入射角的全部范圍會(huì)下降。

濾光片的寬帶也應(yīng)該被規(guī)定,并且給予其一個(gè)允許量,但是因?yàn)榉浅?zhǔn)確地控制帶寬很困難,通常不能夠?qū)捪拗频煤車?yán)格,并且允許量應(yīng)該盡可能的寬,一般來說,不小于標(biāo)準(zhǔn)值的0.2倍,除非它有特殊要求。

在光學(xué)性能指標(biāo)中另一個(gè)重要的參數(shù)是截止區(qū)的截止度,這一參數(shù)可以通過多個(gè)不同的方式來定義,或者是整個(gè)范圍內(nèi)的平均透過率,或者是整個(gè)范圍內(nèi)任意波長的優(yōu)良透射率,它們都可以給出一個(gè)上限。**種常常應(yīng)用在干擾源時(shí)連續(xù)譜的情況,**種應(yīng)用于線源,在這種情況下,所應(yīng)用的波長如果是已知的,則應(yīng)該說明。

另一種完全不同的濾光片性能的說明方法是繪制透射率隨波長變化的包絡(luò),率光片的性能一定不能落在包絡(luò)所覆蓋的區(qū)域之外重要的是對率光片的接受角也應(yīng)該作出說明。這種類型的指標(biāo)要比上面提到的**種更明確,然而,這種指標(biāo)說明存在一個(gè)不足,那就是當(dāng)用平均值可能剛好的時(shí)候,該方法用優(yōu)良的方式對每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行描述,這就可能顯得非??量獭_M(jìn)一步來講,我們不可能設(shè)計(jì)一種測試方式來確定濾光片是否符合這種類型的優(yōu)良指標(biāo),測試儀器的有限寬帶洗后都會(huì)影響。因此,如果要用這種方法來描述濾光片,建議包括一個(gè)注釋,測試儀器的有限寬帶*后都會(huì)影響。因此,如果要用這種方法來描述濾光片,建議包括一個(gè)注釋,也就是在每一個(gè)波長上所描述的濾光片性能是一定間隔上性能的平均。

一般來說,關(guān)于光學(xué)性能指標(biāo)描述已經(jīng)幾乎不用再補(bǔ)充了。在任何一種應(yīng)用中,這些原因?qū)?huì)表現(xiàn)出不同的重要性,并且每種情況在很大程度上必須從他們自身的目標(biāo)來考慮。很明顯,在這一領(lǐng)域,重要的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者與濾光片設(shè)計(jì)者的工作緊密結(jié)合起來。

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