光學(xué)薄膜是指在光學(xué)元件上或獨(dú)立基板上鍍上一層或多層電介質(zhì)膜或金屬膜或電介質(zhì)膜與金屬膜組成之膜堆來改變光波傳輸?shù)奶匦,并由此設(shè)計(jì)出不同波長、不同性能、適應(yīng)不同要求的光學(xué)薄膜元件。隨著一些光學(xué)性能可調(diào)控的主動薄膜材料被引入到薄膜和應(yīng)用中,光學(xué)薄膜也突破了傳統(tǒng)的限制,發(fā)展為一種既能實(shí)現(xiàn)一般被動傳輸功能,又可實(shí)現(xiàn)對光束主動調(diào)控和轉(zhuǎn)換的功能性光學(xué)元件。光學(xué)薄膜的性能要求與具體應(yīng)用密切相關(guān)。不同領(lǐng)域、不同系統(tǒng)以及不同的應(yīng)用環(huán)境會對光學(xué)薄膜的性能提出不同的要求,并由此產(chǎn)生了一系列新的應(yīng)用,包括:
1.帶通濾光片元件
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(yīng)用于各種儀器,包括臨床化學(xué)、環(huán)境實(shí)驗(yàn)、色彩學(xué)、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(zhì)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。
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(yīng)用。我們把抑制短波區(qū)、透射長波區(qū)的濾光片稱為長波通濾光片。相反,抑制長波區(qū)、透射短波區(qū)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(yīng)用于熒光顯微鏡,光譜學(xué),臨床化學(xué)和成像系統(tǒng)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(zhì)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(shè)計(jì)的產(chǎn)品中,SWIR長波通濾光片,設(shè)計(jì)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(jī)器視覺應(yīng)用中使用的InGaAs相機(jī)的影像質(zhì)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(jīng)過精心設(shè)計(jì)與制造以滿足要求嚴(yán)格的機(jī)器視覺和成像應(yīng)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(lán)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(tǒng)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(shí)現(xiàn)較長的工作壽命。極高且平坦的透射輪廓可實(shí)現(xiàn)熱門的LED,實(shí)現(xiàn)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(qū)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
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(yīng)用于安防監(jiān)控領(lǐng)域、紅外氣體分析儀、夜視產(chǎn)品、紅外探測器、紅外接收機(jī)、紅外感應(yīng)、紅外通訊產(chǎn)品。彩色監(jiān)控?cái)z像頭CCD會感應(yīng)紅外線,會導(dǎo)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(shè)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于85%,截止深度優(yōu)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(jī)中。
5.二向色性濾光片
二向色濾光片,利用光波干涉原理制成的一種濾光片?墒箍梢姽庾V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(zhuǎn)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(bǔ)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(zhuǎn)換非常銳利
◇ 反射波段和透射波段都有擴(kuò)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(nèi)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(yīng)用或用作光譜分光鏡,偏振相關(guān)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(jù)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(zhuǎn)化為熱能,由于反射鏡材料的熱膨脹、局部熱應(yīng)力以及反射鏡固定時的機(jī)械應(yīng)力等原因,從而使鏡面產(chǎn)生形
變,影響光束的傳輸質(zhì)量,嚴(yán)重的甚至使反射鏡炸裂,使系統(tǒng)不能有效地進(jìn)行工作。鑒于此,高能光束系統(tǒng)中使用的反射鏡,要求其工作時表面形變應(yīng)在許可的范圍以內(nèi)。機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生的形變可以通過反射鏡固定方式優(yōu)化處理,從而將其控制在允許范圍以內(nèi),
局部熱應(yīng)力產(chǎn)生的形變遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhì)量可做到40-20,設(shè)計(jì)用于因熱量聚集而造成損壞或反效果的任何應(yīng)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(qiáng)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(jìn)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(nèi)和汽車內(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(xué)鍍膜技術(shù)在光學(xué)基片上交替鍍上高低折射率的光學(xué)膜,實(shí)現(xiàn)可見光區(qū)(400-690nm)高透,近紅外(750-1000nm)截止的光學(xué)濾光片,主要應(yīng)用于可拍照手機(jī)攝像頭、電腦內(nèi)置攝像頭、汽車攝像頭等數(shù)碼成像領(lǐng)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?yàn)镃CD、CMOS對光的感應(yīng)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(yīng)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(yīng)接近于人的眼睛,從而使拍攝的圖像也符合眼睛的感應(yīng)。
采用圖7所示制作出的熱鏡,采用多層電介質(zhì)膜結(jié)構(gòu),光學(xué)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(dá)您裝置的敏感地區(qū)。在需要考慮熱量累積的應(yīng)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(hù)。
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