三大帶通濾光片工藝對比：膠合吸收vs干涉薄膜vs單基片復合
在光學(xué)系統的精密舞臺上，帶通濾光片如同精準的波長(cháng)守門(mén)員。除了廣為人知的膠合吸收型和純干涉薄膜型兩大主流技術(shù)，單基片復合型帶通濾光片憑借其獨特的工藝融合和性能平衡，占據了重要一席。理解這三種工藝的根基、表現與優(yōu)劣，是選擇最適方案的關(guān)鍵，下面我們將用簡(jiǎn)單的知識帶領(lǐng)大家去認識這幾款類(lèi)似濾光片的不同特征與應用之處！
（帶通濾光片-激埃特原創(chuàng )圖）
一、核心工藝與原理：三大流派
1.膠合吸收型帶通濾光片(AbsorptiveBandpass-ABP)：
工藝基石：有色光學(xué)玻璃的本征吸收特性。
制造：將短波通（吸收長(cháng)波）和長(cháng)波通（吸收短波）有色玻璃基片精密切割、拋光后，用光學(xué)膠水（環(huán)氧樹(shù)脂/UV膠）膠合成“三明治”結構。
原理：短波通玻璃吸收長(cháng)波，長(cháng)波通玻璃吸收短波，重疊區形成透射帶。帶寬和邊緣陡度受限于玻璃吸收曲線(xiàn)。
（膠合吸收型帶通濾光片-激埃特原創(chuàng )圖）
2.干涉薄膜型帶通濾光片(Thin-FilmInterferenceBandpass-TFB)：
工藝基石：真空鍍膜技術(shù)與光的干涉。
制造：在透明基片（如熔融石英、BK7）上，通過(guò)PVD（電子束蒸發(fā)、濺射）或CVD技術(shù)，交替沉積數十至數百層光學(xué)厚度為λ/4的高折射率（TiO?,Ta?O?,Nb?O?）和低折射率（SiO?,MgF?,Al?O?）介質(zhì)薄膜。
原理：精密設計的膜系使目標波長(cháng)發(fā)生相長(cháng)干涉（高透），非目標波長(cháng)發(fā)生相消干涉（高反/吸收）。通帶特性（中心波長(cháng)、帶寬、陡度）由膜系設計決定。
（干涉薄膜型帶通濾光片-激埃特原創(chuàng )圖）
3. 單基片復合型帶通濾光片(HybridSubstrate-CoatingBandpass-HSB)：
工藝基石：結合基底吸收與表面干涉膜。
制造：選用具有特定本征吸收特性的基片（通常作為長(cháng)波通濾光片，即基片本身吸收短波）。
在此基片的一個(gè)或兩個(gè)表面上，鍍制短波通干涉薄膜（通過(guò)薄膜干涉反射/截止短波）。
(性能優(yōu)化關(guān)鍵！)通常會(huì )在短波通膜層之上或基片另一面，增鍍寬帶增透膜(ARCoating)，以最大限度提高通帶內的透射率，減少表面反射損失。
原理：
短波截止：主要由表面短波通干涉膜實(shí)現（反射短波）。
長(cháng)波截止：主要由基底材料本身實(shí)現（吸收長(cháng)波）。
通帶形成：介于短波通膜截止波長(cháng)和基底長(cháng)波吸收起始波長(cháng)之間的區域。
增透膜：消除基片-空氣界面和膜層-空氣界面的菲涅爾反射，顯著(zhù)提升通帶透過(guò)率。
（單基片復合型帶通濾光片）
二、性能巔峰對決：優(yōu)缺點(diǎn)深度剖析
| 特性 | 膠合吸收型(ABP) | 干涉薄膜型(TFB) | 單基片復合型(HSB) |
| 透射率 | 中低(40%-70%)。玻璃吸收+膠層散射損耗。 | 高(中心波長(cháng)>90%,可達99%)。反射損耗為主，AR可優(yōu)化。 | 中高(可達80%+)。受基底吸收限制，但AR膜大幅提升。 |
| 帶寬(FWHM) | 較寬(常>幾十nm)。受玻璃吸收特性限制，難做窄。 | 靈活可調，可極窄(幾nm至幾百nm)。設計決定。 | 中等寬度。受限于基底吸收邊和膜系截止邊的“天然”間距，靈活性介于A(yíng)BP和TFB之間。 |
| 通帶邊緣陡度 | 較低。吸收邊自然過(guò)渡。 | 極高。膜層數和設計決定，可極陡峭。 | 中高。短波邊陡度由干涉膜決定（可較陡），長(cháng)波邊由基底吸收決定（相對平緩）。 |
| 角度敏感性 | 極低。吸收機制角度不敏感。 | 較高。入射角增大導致通帶藍移。 | 中等。短波通薄膜部分有角度敏感性（藍移），基底吸收部分不敏感。 |
| 環(huán)境穩定性 | 較好。玻璃穩定，膠層可能老化/脫膠/怕溫變。 | 優(yōu)異(硬膜)。IAD/IBS硬質(zhì)膜耐候性極佳。軟膜較差。 | 好至優(yōu)異?；追€定，表面硬膜穩定性同TFB硬膜。無(wú)膠層是巨大優(yōu)勢。 |
| 成本 | 較低。原材料和加工相對簡(jiǎn)單。 | 較高。鍍膜設備貴、設計復雜、監控精密、周期長(cháng)。 | 中等。省去一片玻璃和膠合工藝，但需在特殊基底上鍍較復雜膜系（含AR），成本通常低于TFB但高于A(yíng)BP。 |
| 厚度/體積 | 較厚。兩層玻璃+膠層。 | 較薄。薄膜在單層基底上。 | 較薄。單層基底+薄膜。顯著(zhù)優(yōu)于A(yíng)BP。 |
| 結構復雜度 | 中。涉及兩片玻璃處理和膠合。 | 高。膜系設計沉積極其復雜。 | 中高。膜系設計需耦合基底特性（比純TFB更復雜），但省去膠合。 |
| 典型應用 | 寬帶寬、低成本：簡(jiǎn)易儀器、防護鏡、指示燈、寬譜照明濾色。 | 高性能窄帶、高陡度、高透射：熒光顯微、光譜儀、激光、生化、天文、高端成像。 | 要求中等帶寬、良好陡度（尤其短波邊）、高環(huán)境穩定性、適中成本的應用：機器視覺(jué)、工業(yè)傳感器、特定波段的生化檢測、部分激光防護/整形。 |
（激埃特原創(chuàng )圖）
三、鍍膜工藝的巔峰挑戰：多帶通濾光片
多帶通濾光片(MultibandpassFilter)的實(shí)現主要依賴(lài)于干涉薄膜型(TFB)和單基片復合型(HSB)技術(shù)的極限拓展，膠合吸收型難以勝任。
基于純干涉薄膜(TFB)：
挑戰：如前所述，設計復雜度（非周期膜堆/多腔串聯(lián)）和鍍膜工藝（層數、厚度控制、均勻性、應力）達到極致。
基于復合基底與復雜膜系(HSBHybrid)：(重要補充！)
原理：選擇具有特定（可能較寬）透射窗口的基底，在其上鍍制包含多個(gè)通帶和抑制帶的極其復雜的干涉膜系。該膜系需要：
在基底透射窗口內，精準“雕刻”出所需的多個(gè)窄通帶（利用相長(cháng)干涉）。
在基底吸收較弱或透射的區域（尤其是靠近通帶處），提供極強的帶外抑制（利用相消干涉）。
通常整合增透功能。
挑戰：膜系設計地獄PLUS：設計時(shí)需同時(shí)考慮并耦合基底的光譜特性（吸收、折射率）與薄膜干涉效應。優(yōu)化變量更多，相互制約更強。
鍍膜工藝：層數、精度、均勻性要求與純TFB多帶通同樣嚴苛，甚至更高，因為基底特性引入了額外的約束和潛在的不均勻性因素。
優(yōu)勢：可能利用基底吸收特性幫助抑制某些特定波段（如深紫外或遠紅外），減輕膜系的設計和鍍制壓力，或實(shí)現某些純TFB難以達到的寬背景抑制。
（激埃特原創(chuàng )圖2）
四、結論：精準匹配，方顯真章
膠合吸收型(ABP)：成本為王、寬以待“波”。在寬帶寬、低角度敏感、成本敏感、環(huán)境穩定要求不極端的場(chǎng)景中仍是務(wù)實(shí)之選。
干涉薄膜型(TFB)：性能王者、精準制導。統治窄帶寬、高陡度、高透射率、設計靈活度要求極致的高精尖領(lǐng)域。硬膜技術(shù)保障了卓越的耐久性。
單基片復合型(HSB)：融合智慧、平衡之道。巧妙結合基底吸收的穩定性與薄膜干涉的陡度/設計性，規避了膠合風(fēng)險。在需要中等性能（尤其短波邊陡度）、優(yōu)異環(huán)境穩定性、適中厚度和成本的應用中展現出強大的競爭力。增透膜的運用是其提升性能的關(guān)鍵一環(huán)。
多帶通濾光片：無(wú)論是基于純TFB還是HSB Hybrid，都代表著(zhù)光學(xué)薄膜設計智慧與鍍膜工藝的巔峰。其成功是精密計算、超凈環(huán)境、頂尖設備和深厚工藝經(jīng)驗的結晶，是推動(dòng)多光譜/高光譜成像、高級熒光檢測等技術(shù)發(fā)展的核心引擎。
光學(xué)濾光片的世界遠非非黑即白。膠合吸收、干涉薄膜、單基片復合這三大常規工藝，如同三原色，通過(guò)不同的組合與精進(jìn)，描繪出滿(mǎn)足萬(wàn)千光學(xué)需求的精準光譜畫(huà)卷。理解其各自的工藝DNA與性能邊界，是工程師駕馭光線(xiàn)、點(diǎn)亮科技未來(lái)的基石。隨著(zhù)新材料（如超材料、光子晶體）和新工藝（如原子層沉積ALD、納米壓?。┑陌l(fā)展，未來(lái)濾光片的形態(tài)與能力必將更加令人驚嘆。