光學(xué)百科-中性密度濾光片介紹

定義：
在很大波長(zhǎng)區(qū)域的衰減因子近于常數(shù)的光衰減器。

中性密度濾光片是一種光衰減器，它在很大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)（例如，整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域或者一些紅外區(qū)域）衰減程度近似相同。它與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的性質(zhì)將它去其它顏色濾光片區(qū)別開(kāi)來(lái)，顏色濾光片在某一波長(zhǎng)區(qū)域的衰減比其它波長(zhǎng)時(shí)要大。
中性密度濾光片類似于灰色太陽(yáng)鏡，但是它們具有更高的光學(xué)質(zhì)量以及更大的衰減程度。它們通常是矩形或者圓形，為了適應(yīng)用戶的需要。
衰減的強(qiáng)度通常由吸光率或光學(xué)密度來(lái)表征，是功率透射因子以10為底的對(duì)數(shù)的絕對(duì)值。例如，光學(xué)密度為3表示光功率的衰減因子為103 = 1000。

吸收和反射中性密度濾光片
一些中性密度濾光片是用玻璃制作的，玻璃中摻雜的材料會(huì)產(chǎn)生不需要的吸收過(guò)程。這些吸收濾光片有的沒(méi)有涂層，有的具有寬帶的抗反射涂層。
不是所有的濾光片都需要通過(guò)吸收產(chǎn)生衰減，還可以利用反射。常在玻璃上涂覆薄的金屬涂層，可以同時(shí)提供吸收和反射。該濾光片的光學(xué)密度嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并不是吸光率，而是總的透射損耗。
這一金屬濾光片的優(yōu)勢(shì)在于即使很薄的濾光片都可以得到很強(qiáng)的衰減。并且，可以得到很平坦的透射光譜。但是，存在的反射光可能在有些應(yīng)用中會(huì)有影響，這時(shí)更適合采用非反射ND濾光片。
由于反射光不會(huì)使濾光片產(chǎn)熱，原理上可以承擔(dān)很高的光功率。但是，由于金屬薄層同時(shí)會(huì)吸收大量的光，因此功率損耗閾值與吸收濾光片能承受的功率水平相當(dāng)。
并且，加熱時(shí)涂層會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)。因此需要仔細(xì)的清潔過(guò)程，而純玻璃濾光片則不需要。
在整個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域反射率可能不是平坦的，因?yàn)槲帐桥c波長(zhǎng)有關(guān)的，但是透射率近于常數(shù)。

中性密度濾光片的應(yīng)用
當(dāng)環(huán)境光很強(qiáng)時(shí)，中性密度濾光片通常用在照相術(shù)中。該濾光片可以減小孔徑大小，因此產(chǎn)生的像具有更深的焦點(diǎn)，或者濾光片可以延長(zhǎng)快門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)間這樣可以得到由于移動(dòng)產(chǎn)生的模糊效應(yīng)。
照相術(shù)中更常用的是純的吸收濾光片。還存在分度濾光片，其吸光率從頂部到底部是變化的。
在光學(xué)和激光器技術(shù)中，中性密度濾光片具有多種用途。例如，在很強(qiáng)的光進(jìn)入光電探測(cè)器之前可以采用濾光片先進(jìn)行衰減，或者還可以衰減一束激光光束。
但是，中性密度濾光片并不是高功率衰減器：應(yīng)用到高功率中時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)使光束發(fā)生畸變，甚至?xí)p壞濾光片。
將大的濾光片套件中的一些中性密度濾光片組成一條濾光片鏈，可以實(shí)現(xiàn)不同程度的衰減。將這些反射濾光器組合應(yīng)用到激光光束中時(shí)，需要注意不能使光束垂直于濾光片。
原因在于很大的反射率可能會(huì)形成光學(xué)諧振腔。共振效應(yīng)會(huì)極大的改變整體的透射率（與波長(zhǎng)和間隔寬度密切相關(guān)），產(chǎn)生的高諧振腔功率會(huì)損壞濾光片。
經(jīng)過(guò)矯正的具有很好的光學(xué)密度特性的中性密度濾光片，對(duì)于功率計(jì)非常重要，此時(shí)需要根據(jù)測(cè)量的透射功率計(jì)算入射的功率。

中性密度濾光片輪
可以采用可旋轉(zhuǎn)的中性密度濾光片輪來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧吸光率。這時(shí)，在繞著中心環(huán)繞一圈的過(guò)程中，吸光率會(huì)持續(xù)增加，直到某一點(diǎn)又重新回到其初始值。輪子通常用于光束面積只占據(jù)整個(gè)濾光器面積很小一部分的情形，這時(shí)光束的吸光率近于常數(shù)。