帶通濾光片的角度偏移

日期：2023/12/04

所有光學干涉帶通濾光片都表現出一定程度的入射角（AOI）偏移。由於帶通濾光片的層在所需波長的相關範圍內工作，因此AOI偏離零度會導致中心波長縮短。為了達到所需的頻寬，標準光學帶通濾光片的設計具有缺失間隔層所需的最小層厚度。下面給出了一個示例（圖1），該濾光片以750nm為中心，帶寬為20nm。可以看出，濾光片仍將中心波長（CWL）傳輸到 15° AOI 的傾斜度。這將濾光片的功能限制在大約 f/1.9 或 30° 全錐角。

圖1：標準 750nm 帶通濾光片角度透射

幸運的是，光學設計策略可以減少角度偏移，從而增加工作錐角。這些涉及增加缺失層的厚度，從而增加保持邊緣陡峭度所需的空腔單元數量。然而，這種設計更複雜，沉積過程更難控制（並且成本更高）。因此，它通常不用於製造，儘管它可作為自定義篩檢程式選項使用。

隨著光學系統變得越來越緊湊，它們傾向於使用具有更大透鏡曲率的更高折射率的玻璃，並以更快的 f/# 運行。這反過來又推動了對減少漂移的帶通濾波器的需求。下面給出的增強型、減少位移帶通濾波器的透射角度（圖2）。

圖2：增強的 750nm 帶通濾光片在角度上的透射率。

增強型濾光片現在將以 20° AOI（40° 全錐角）的角度運行。從而將工作錐體增加到 40° 或 f/1.4。這有利於需要收集和處理更廣角度光的系統。

上述設計策略適用於具有中間頻寬的濾波器。然而，校正寬頻寬濾波器的位移比較困難。下面顯示了一個示例（圖3），說明了頻寬為50 nm的1240nm濾波器的情況。該寬度相當於中心波長的約4%，而之前的750 nm示例的寬度為2.6%。如果將 750nm 設計移至 1240nm，則最終寬度 36nm 將代表中間頻寬。

圖3：標準和增強型 1240nm 帶通濾光片角度透射率。

更寬的濾波器設計需要更厚的缺失層，以減少通帶中的紋波。結果是一個標準濾波器，其性能與減少的角度移移濾波器非常相似。圖3 給出了比較。標準和減速角度偏移設計都顯示出與 25° AOI 非常相似的偏移。因此，濾波器越寬，角度偏移減少的效果要差得多。
在頻寬頻譜的另一端，非常窄的濾波器被證明更難減少角度偏移。下面是一個寬度為 10nm 或 0.8% 的 1250nm 濾光片示例。

圖4：標準 1250nm 帶通濾光片在角度上的透射率。