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(fù)合
在光學(xué)系統(tǒng)的精密舞臺上，帶通濾光片如同精準(zhǔn)的波長守門員。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(fù)合型帶通濾光片憑借其獨(dú)特的工藝融合和性能平衡，占據(jù)了重要一席。理解這三種工藝的根基、表現(xiàn)與優(yōu)劣，是選擇最適方案的關(guān)鍵，下面我們將用簡單的知識帶領(lǐng)大家去認(rèn)識這幾款類似濾光片的不同特征與應(yīng)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（吸收長波）和長波通（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)氧樹脂/UV膠）膠合成“三明治”結(jié)構(gòu)。
原理：短波通玻璃吸收長波，長波通玻璃吸收短波，重疊區(qū)形成透射帶。帶寬和邊緣陡度受限于玻璃吸收曲線。
（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PVD（電子束蒸發(fā)、濺射）或CVD技術(shù)，交替沉積數(shù)十至數(shù)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(shè)計(jì)的膜系使目標(biāo)波長發(fā)生相長干涉（高透），非目標(biāo)波長發(fā)生相消干涉（高反/吸收）。通帶特性（中心波長、帶寬、陡度）由膜系設(shè)計(jì)決定。
（干涉薄膜型帶通濾光片-激埃特原創(chuàng)圖）
3. 單基片復(fù)合型帶通濾光片(HybridSubstrate-CoatingBandpass-HSB)：
工藝基石：結(jié)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(nèi)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(xiàn)（反射短波）。
長波截止：主要由基底材料本身實(shí)現(xiàn)（吸收長波）。
通帶形成：介于短波通膜截止波長和基底長波吸收起始波長之間的區(qū)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，顯著提升通帶透過率。
（單基片復(fù)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(fù)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>90%,可達(dá)99%)。反射損耗為主，AR可優(yōu)化。 | 中高(可達(dá)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(diào)，可極窄(幾nm至幾百nm)。設(shè)計(jì)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ABP和TFB之間。 |
| 通帶邊緣陡度 | 較低。吸收邊自然過渡。 | 極高。膜層數(shù)和設(shè)計(jì)決定，可極陡峭。 | 中高。短波邊陡度由干涉膜決定（可較陡），長波邊由基底吸收決定（相對平緩）。 |
| 角度敏感性 | 極低。吸收機(jī)制角度不敏感。 | 較高。入射角增大導(dǎo)致通帶藍(lán)移。 | 中等。短波通薄膜部分有角度敏感性（藍(lán)移），基底吸收部分不敏感。 |
| 環(huán)境穩(wěn)定性 | 較好。玻璃穩(wěn)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€(wěn)定，表面硬膜穩(wěn)定性同TFB硬膜。無膠層是巨大優(yōu)勢。 |
| 成本 | 較低。原材料和加工相對簡單。 | 較高。鍍膜設(shè)備貴、設(shè)計(jì)復(fù)雜、監(jiān)控精密、周期長。 | 中等。省去一片玻璃和膠合工藝，但需在特殊基底上鍍較復(fù)雜膜系（含AR），成本通常低于TFB但高于ABP。 |
| 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。顯著優(yōu)于ABP。 |
| 結(jié)構(gòu)復(fù)雜度 | 中。涉及兩片玻璃處理和膠合。 | 高。膜系設(shè)計(jì)沉積極其復(fù)雜。 | 中高。膜系設(shè)計(jì)需耦合基底特性（比純TFB更復(fù)雜），但省去膠合。 |
| 典型應(yīng)用 | 寬帶寬、低成本：簡易儀器、防護(hù)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(wěn)定性、適中成本的應(yīng)用：機(jī)器視覺、工業(yè)傳感器、特定波段的生化檢測、部分激光防護(hù)/整形。 |
（激埃特原創(chuàng)圖）
三、鍍膜工藝的巔峰挑戰(zhàn)：多帶通濾光片
多帶通濾光片(MultibandpassFilter)的實(shí)現(xiàn)主要依賴于干涉薄膜型(TFB)和單基片復(fù)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(zhàn)：如前所述，設(shè)計(jì)復(fù)雜度（非周期膜堆/多腔串聯(lián)）和鍍膜工藝（層數(shù)、厚度控制、均勻性、應(yīng)力）達(dá)到極致。
基于復(fù)合基底與復(fù)雜膜系(HSBHybrid)：(重要補(bǔ)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(fù)雜的干涉膜系。該膜系需要：
在基底透射窗口內(nèi)，精準(zhǔn)“雕刻”出所需的多個(gè)窄通帶（利用相長干涉）。
在基底吸收較弱或透射的區(qū)域（尤其是靠近通帶處），提供極強(qiáng)的帶外抑制（利用相消干涉）。
通常整合增透功能。
挑戰(zhàn)：膜系設(shè)計(jì)地獄PLUS：設(shè)計(jì)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(yīng)。優(yōu)化變量更多，相互制約更強(qiáng)。
鍍膜工藝：層數(shù)、精度、均勻性要求與純TFB多帶通同樣嚴(yán)苛，甚至更高，因?yàn)榛滋匦砸肓祟~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(yuǎn)紅外），減輕膜系的設(shè)計(jì)和鍍制壓力，或?qū)崿F(xiàn)某些純TFB難以達(dá)到的寬背景抑制。
（激埃特原創(chuàng)圖2）
四、結(jié)論：精準(zhǔn)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(wěn)定要求不極端的場景中仍是務(wù)實(shí)之選。
干涉薄膜型(TFB)：性能王者、精準(zhǔn)制導(dǎo)。統(tǒng)治窄帶寬、高陡度、高透射率、設(shè)計(jì)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(fù)合型(HSB)：融合智慧、平衡之道。巧妙結(jié)合基底吸收的穩(wěn)定性與薄膜干涉的陡度/設(shè)計(jì)性，規(guī)避了膠合風(fēng)險(xiǎn)。在需要中等性能（尤其短波邊陡度）、優(yōu)異環(huán)境穩(wěn)定性、適中厚度和成本的應(yīng)用中展現(xiàn)出強(qiáng)大的競爭力。增透膜的運(yùn)用是其提升性能的關(guān)鍵一環(huán)。
多帶通濾光片：無論是基于純TFB還是HSB Hybrid，都代表著光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)智慧與鍍膜工藝的巔峰。其成功是精密計(jì)算、超凈環(huán)境、頂尖設(shè)備和深厚工藝經(jīng)驗(yàn)的結(jié)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(yuǎn)非非黑即白。膠合吸收、干涉薄膜、單基片復(fù)合這三大常規(guī)工藝，如同三原色，通過不同的組合與精進(jìn)，描繪出滿足萬千光學(xué)需求的精準(zhǔn)光譜畫卷。理解其各自的工藝DNA與性能邊界，是工程師駕馭光線、點(diǎn)亮科技未來的基石。隨著新材料（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，未來濾光片的形態(tài)與能力必將更加令人驚嘆。