引言：光学滤光片是光学系统中常用的一种光学元件，但是大家经常忽略其重要性。它通过选择性地传输特定波长范围的光线，同时阻挡其他波长的光线。从日常摄影到尖端科研，它在众多领域中都发挥着关键的作用。本文主要介绍光学滤光片的基本工作原理、主要类型和一些典型的应用。
1.简介
光学滤光片（Optical Filter）可以对光的光谱特性进行调节，可选择性地透射、反射或阻挡不同波长的光。在摄影领域，它的应用已经超过一个世纪，在显微镜、光谱分析、化学分析、机器视觉、天文学、通讯和医学成像等众多领域，光学滤光片也被广泛应用。
2.基本术语介绍
我们首先了解一些光学滤光片相关的专业术语，以便更好地理解它的规格参数，以及在具体应用中考虑如何选择。
①
中心波长（Center Wavelength，CWL）
中心波长这个术语通常与带通或带阻滤光片有关，指的是滤光片通光或阻隔波段的中点。对于大部分的滤光片，在CWL处通常可以预期较高的光谱透过率（或阻隔率）。
②
带宽（Bandwidth），半高全宽（Full Width Half Maximum，FWHM）
带宽可以理解为光学滤光片允许光通过的光谱“窗口”，通常用半高全宽FWHM来具体描述。要确定FWHM，需要找到滤光片达到最大透过率的一半时对应的两个波长点。比如，如果滤光片最大透过率是90%，那么FWHM就定义为在峰值波长点两侧，透过率达到45%的两个波长点之间的宽度。
CWL概念示意图
③
光密度（Optical Density，OD）
光密度OD是光学滤光片阻光能力的表征，它定义为透过率倒数的对数。
OD是一个无量纲值，它量化了光学滤光片阻隔或减少光线的有效性。更高OD值代表更低的透光率，反之亦然。比如，OD=1相当于透过率10%，OD=3 相当于透过率0.1%。
④
斜率公差（Slope Tolerance）
斜率公差用于描述光学滤光片透过率曲线边坡区域的变化快慢程度。它通常用截止波长的百分比表示。以某公司型号为 FELH0700 长波通滤光片为例，它的斜率公差定义为从OD5 (透过率约0.001%)到50%透过率(OD约0.3)的波长区间占起始或截止波长值的百分比。这款产品的规格是截止波长700nm，斜率公差小于1%。下图中的斜率公差小于1%，从OD5到50%透过率的波长跨度约6 nm。
Slope概念示意图
3.光学滤光片的分类
滤光片可以根据其光谱特性、工作原理和结构等特性进行分类。
按光谱特性分，可以分为
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长波通滤光片（Long Pass Filter）
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短波通滤光片（Short Pass Filter）
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带通滤光片 （Band Pass filter）
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陷波滤光片（Notch filter）
滤光片类型示意图
其中，限波滤光片是一种比较特殊的带阻滤光片，它强烈抑制一个非常窄的波长范围，而对此范围之外的光有很高的透过率。典型比较典型的应用是拉曼光谱仪的使用，它是现代拉曼光谱仪的核心，用于直接滤除比拉曼信号强106~108倍的瑞利散射光，其性能指标（如抑制深度和陡度）直接决定了低波数拉曼信号的检测能力。
按工作原理和结构分，可以分为
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吸收型滤光片
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干涉型滤光片
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其它滤光片
吸收型滤光片利用材料本身对特定波长的吸收来实现阻隔特定波长的光，最典型的就是有色玻璃，优点是成本低，对入射角度不敏感，缺点是光谱边缘不够陡峭，而且可用种类有限，容易产生荧光效应或热效应。
干涉型滤光片是目前主流的滤光片，基于薄膜干涉原理，通过在基片上交替镀两种或多种各不同折射率的介质薄膜，使特定波长的光因干涉而加强（透射），其他波长的光因干涉而相消（反射或阻挡）。它的优点是设计灵活，性能优异。缺点是成本较高，对光的入射角度有要求。
例如下图，某公司型号为FBH800-10的带通滤光片，设计中心波长为800nm，随着光线入射角度（Angle of Incident, AOI）变化，其中心波长位置、峰值透过率、带宽等性能均发生了变化。在30°AOI的条件时，中心波长的偏移达到设计值的约4%。
滤光片入射角度影响
除了吸收型和干涉型滤光片之外，还有一些基于其他原理的滤光器件，比如液晶可调滤波器（LCTF）利用电控液晶来选择透射光的波长，声光可调滤波器（AOTF）利用超声波改变晶体折射率来选择透射光的波长。中性密度滤光片（NDF）主要用于调节光线的透过强度。“中性”指的是它在特定波长范围内能保持恒定的消光比，对波长没有选择性。