滤光片可以对光谱进行选择，或调节光束透过率，应用十分广泛，如生物成像、机器视觉、航空航天等等。

如何选择合适的滤光片一直是我们在研究中需要考虑的问题，通常我们按这样的思路来进行选型：一是通过目标功能来选择滤光片的类型，二是通过目标性能来选择具体的产品。

滤光片类型

根据滤光片的原理，可分为吸收型和干涉型两类。

· 吸收型滤光片是在特定材料基片上掺杂离子实现对特定波长的吸收。优点是成本较低，无需镀膜，但透过率有限。

· 干涉型滤光片通过在基片上镀制多层折射率高低交替的光学薄膜制成，形成多级串联的法布里-珀罗干涉仪。镀膜可以实现多种功能，达到较高的透过率，但成本有所增加。目前干涉型滤光片的种类更多，应用相对更广。

根据滤光片对光谱的调制特性，通常可以分为带通滤光片、陷波滤光片、边通滤光片、二向色镜、中性密度滤光片等。接下来，我们通过其光谱曲线来说明和区分。

| 带通滤光片

带通滤光片在正入射情况下使用，只允许特定波段的光透射，其他波段的光被反射或吸收。

| 陷波滤光片

陷波滤光片在正入射情况下使用，只阻挡特定波段的光，而允许其他波段的光透射。

| 边通滤光片

边通滤光片也称截止滤光片，在正入射情况下使用，能使特定波长一侧的光透射，另一侧的光被反射或吸收。

| 二向色镜

二向色镜在45°入射情况下使用，能使特定波长一侧的光透射，另一侧的光被反射，除此之外，二向色镜可以同时实现分光/合束功能。

| 中性密度滤光片

中性密度滤光片在正入射情况下使用，可对工作波长范围内的光同时实现衰减功能，降低光能量。

性能参数

挑选合适的滤光片产品时，除了材质、尺寸和外观这些基础参数，对不同类型还需关注不同的性能参数，下面将分类讨论。

| 带通/陷波滤光片

需要关注的参数有：中心波长、半高宽、通带透过率、阻带光密度和损伤阈值等。

中心波长：带通滤光片通带/陷波滤光片阻带的中点，一般在中心波长附近达到最大/最小的透射率。一般滤光片的中心波长需要匹配光源。根据中心波长可将带通滤光片分为紫外带通滤光片、可见光带通滤光片和红外带通滤光片。

半高宽：峰值透过率的一半对应的带宽。根据半高宽的大小，这类滤光片有了更细致的分类，比如宽带、窄带等。半高宽越小，滤光就越精细。

通带透过率：描述了在透射波段的透过率，通带透过率越高越好。

阻带光密度：描述了在被阻挡波段的透过率，阻带透过率越低越好，一般用光密度（OD）来描述，光密度的公式如下式所示，高光密度值表示低透射率，低光密度则表示高透射率，即阻带光密度越大越好。

损伤阈值：反映了对光能量的承受能力，损伤阈值应大于入射光能量，避免损坏。

| 边通滤光片/二向色镜

需要关注的参数有：截止类型、截止或起始波长、过渡带带宽、通带透过率、阻带光密度/反射率和损伤阈值等。

截止类型：常见的有长波通、短波通两种，即超过/低于特定波长的光透射/反射。有一类特殊的多波段二向色镜可以实现在多个波段透射。

截止或起始波长：在长波通类型中为透射起始反射截止波长，一般指透过率上升至50%时的波长；在短波通类型中称为透射截止反射起始波长，一般指透过率下降到50%时的波长。

过渡带带宽：用来描述滤光片从高截止转换为高透射率的带宽，一般建议过渡带的波段范围中不含光源波长。

通带透过率：描述了在透射波段的透过率，通带透过率越高越好。

阻带光密度：在边通滤光片中描述了在被阻挡波段的透过率，阻带透过率越低越好，阻带光密度越大越好。

反射率：在二向色镜中描述了在反射波段的反射率，反射率越高越好。

损伤阈值：反映了对光能量的承受能力，损伤阈值应大于入射光能量，避免损坏。

| 中性密度滤光片

中性密度滤光片也称衰减片，需要关注的参数有：工作波长、透过率（光密度）、光密度公差和损伤阈值等。

工作波长：主要由基底材质和镀膜决定，一般为宽带，也可分为紫外衰减片、可见光衰减片和红外衰减片。

透过率：用光密度表示，即OD值，有时光密度也用衰减量（A）来描述，衰减量的公式如下所示，单位为dB，OD值越大，透过率越低，衰减量越大。

目前除了常见的有均匀型滤光片（仅提供一个OD值）外，还有阶跃型和渐变型可选，即OD值在元件表面可以阶跃或连续变化。

透过率、光密度和衰减量的对照关系如下表所示。

光密度公差：反映了在工作波长范围内对光衰减的均匀性，公差越小，均匀性约好。

损伤阈值：反映了对光能量的承受能力，损伤阈值应大于入射光能量，避免损坏。通常反射型衰减片的损伤阈值高于吸收型衰减片。

选型案例

在光镊系统中，共有两束光照射至样品表面，一束光为685 nm的激光用于驱动粒子，另一束光为白光用于照明，我们选用了截止波长为650 nm的①短波通二向色镜来实现两束光同时入射至样品，因为激光光束45°入射时会被反射，而被样品反射再经过二向色镜时，同样被反射而无法进入观测部分。此外，在CMOS相机前，我们选用了两个截止波长505 nm的②短波通二向色滤光片（一种边通滤光片）来进一步滤除激光光束，以保证良好的观测效果。

根据上面的讨论，我们可以知道：①处的滤光片实现了分光功能，只能选择二向色镜，②处的滤光片也可以选择中心波长为685 nm的陷波滤光片，或截止波长小于685 nm的其他短波通滤光片。