滤光片的性能指标(上)
滤光片的性能指标是使用一种语言对滤光片性能进行必要的描述,且所用说明语言可以被系统设计者、用户、滤光片制造者等很容易地理解。有时滤光片生产者会根据滤光片可实现的性能进行编写,可能为了用户,或者并没有明确应用的标准产品目录,这里我们不讨论后者。在大多数情况下,性能指标常常是由系统设计者来编写的。为了从系统中获得理想的性能,设计者会在指标中描述滤光片所要求的性能。在编写这样的指标时,首先必须回答一个问题:滤光片是用来做什么的?滤光片的目的必须被清晰准确地确定下来,并且这将会是编写工作的基础。对于如何具体说明性能详情,确实没有系统的方法。有时,滤光片所应用的系统性能必须达到一定的水平,否则在进一步的说明中将会没有着重点。滤光片的性能要求应该可以很容易地确定下来,但是,这常常不是一件容易的事情。对于性能来说,不存在绝对的要求,性能应该在复杂性或可能价格的允许范围内尽可能的高。在这种情况下,系统采用不同性能的滤光片,其性能必须与它的造价、复杂性,以及能否对合理情况做出判断相平衡。最终的指标将会是所要求的情况与可实现的情况的折中。这常常需要输人大量的设计和制造信息,并且要使用户和制造者紧密沟通。需要记住的是,不能满足实践应用的规格指标仅仅只是学术兴趣。这里举一个例子,让我们来简要地思考这个问题:在连续谱中如何获得一条谱线。很明显,需要的是窄带滤光片,但是需要什么样的带宽和什么类型的滤光片呢?滤光片透射的谱线能量主要取决于其峰值透射率(假设在问题中滤光片的峰值位置总可以调整到谱线),而连续谱的能量将取决于透射率曲线下方的总面积,包括远离峰值的波长截止区。通带越窄,则谐续与连续谱的对比度就越高,特别是随着通带的变窄,一般会提高截止度。然而,由于通带的对窄会增加制造的困难,所以通带越窄,造价会越高;并且由于进一步增加光非准直性的敏感摩所以也会使得可允许焦比变大。这里的后一点意味着,对于相同的视场,拥有较窄带宽的滤》片必须做得更大,这样可以使用较大的焦比,但这会增大制作难度和整个系统的复杂性。与一个提高滤光片性能的方法是增大通带的边缘陡度但仍然保持相同的带宽。一个矩形的通带形状与具有相同半宽度的简单法布里-珀罗滤光片相比,有更高的对比度,并且该通带有额外的优势是,远离滤光片峰值的截止度也会变得更大。通过1/10带宽或1/100带宽描述这一边缘陡度可以被确定。同样地,边缘越陡,制作越困难,并且造价越高。
由于滤光片像其他任何人造产品一样,不能制造得完全符合说明书的规范,因此一些允许值必须说明。对于窄带滤光片,应该给定容差的主要参数是:峰值波长、峰值透射率和带宽因为几乎在所有的应用中都是峰值透射率越高越好,通常说明它的下限就足够。对于峰值波长容差主要有两个方面。第一,在滤光片表面上峰值波长的均匀性。在薄膜上总会有一些变化,尽管非常小,但必须给出一个限度。第二,在滤光片的整个区域上测量平均峰值波长的误差。这个允许值常常是正的,因此滤光片总是可以通过倾斜来调整到正确波长。对于给定的带宽,在任何应用中所允许的倾斜量将在很大程度上由系统的径和视场来决定,因为随着倾斜角的增大,滤光片所能接受的入射角的全部范围会下降。
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