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濾光片是一種能選擇性透過或反射特定波長光的光學(xué)元件，在光學(xué)計量與傳感領(lǐng)域具有廣泛且關(guān)鍵的應(yīng)用。

濾光片

光譜分析與計量

光譜分析是通過測量物質(zhì)與光的相互作用來獲取物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)等信息的技術(shù)，濾光片在此過程中用于分離特定光譜波段，提高分析精度。

單色光獲取

在光譜儀、分光光度計中，濾光片可從寬光譜光源中篩選出單一波長的光，用于校準(zhǔn)儀器或作為基準(zhǔn)光源。例如：

- 校準(zhǔn)紫外-可見分光光度計時，使用紫外帶通濾光片獲取特定紫外波段（如254 nm）的單色光，驗證儀器的波長準(zhǔn)確度。

- 在熒光光譜分析中，通過激發(fā)濾光片和發(fā)射濾光片，分離激發(fā)光與熒光信號，避免干擾。

光譜帶寬限制

濾光片的帶寬（半峰全寬，FWHM）可控制進(jìn)入探測器的光譜范圍，提高分辨率。例如，在拉曼光譜中，使用窄帶濾光片（帶寬<1 nm）過濾強(qiáng)瑞利散射光，僅允許微弱的拉曼散射光通過，從而增強(qiáng)信號對比度。

光學(xué)傳感技術(shù)

光學(xué)傳感器通過光信號的變化感知物理量，濾光片用于提取特征信號或抑制干擾。

基于波長調(diào)制的傳感

顏色傳感與色度計量

利用濾光片組合分離光源中的三原色，實現(xiàn)顏色測量或物質(zhì)色度分析。例如：

- 食品新鮮度檢測中，通過窄帶濾光片檢測食品表面特定色素（如葉綠素、類胡蘿卜素）的吸收光譜變化，判斷腐敗程度。

- 工業(yè)生產(chǎn)中，使用濾光片陣列的色度計實時監(jiān)測涂料、印刷品的顏色一致性。

紅外氣體傳感

不同氣體分子在紅外波段有特征吸收峰，濾光片用于篩選目標(biāo)氣體的吸收波長。例如：

- 二氧化碳傳感器中，采用4.26μm帶通濾光片，檢測CO₂分子在該波長的吸收強(qiáng)度，從而計算氣體濃度。

- 甲烷泄漏檢測中，使用3.3μm濾光片匹配CH₄的特征吸收波段，實現(xiàn)痕量氣體監(jiān)測。

基于光強(qiáng)變化的傳感

生物醫(yī)學(xué)傳感

在酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）中，濾光片用于分離特定波長的吸光度信號，定量分析抗原-抗體反應(yīng)。例如：

- 使用450 nm濾光片檢測ELISA板中底物（如TMB）的顯色強(qiáng)度，反映目標(biāo)物質(zhì)濃度。

- 熒光免疫分析中，長通濾光片可阻擋激發(fā)光，僅允許熒光信號進(jìn)入探測器，降低背景噪聲。

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

光纖傳感器中，濾光片用于解調(diào)光纖光柵（FBG）的波長漂移，監(jiān)測應(yīng)力、溫度等參數(shù)。例如：當(dāng)FBG受應(yīng)力拉伸時，反射波長發(fā)生偏移，通過可調(diào)諧濾光片掃描反射光譜，可實時計算結(jié)構(gòu)的形變或損傷程度。

激光計量與精密測量

濾光片在激光相關(guān)的計量場景中用于波長純化、噪聲濾除或光束控制。

激光波長選擇與穩(wěn)頻

- 在多波長激光器中，使用介質(zhì)膜濾光片選擇性透過目標(biāo)波長，抑制其他縱?；蛑C波干擾。

- 激光穩(wěn)頻系統(tǒng)中，濾光片可作為頻率參考元件，通過鎖定特定波長的光強(qiáng)變化，實現(xiàn)激光頻率的穩(wěn)定（如基于法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的濾光片）。

干涉測量中的噪聲抑制

在邁克爾遜干涉儀、激光干涉儀等精密測量設(shè)備中，濾光片用于：

- 阻擋環(huán)境光（如日光、雜散光）對干涉信號的干擾，提高信噪比。例如，使用窄帶干涉濾光片僅允許激光波長通過。

- 分離不同光路的光束（如參考光與測量光），避免串?dāng)_。例如，在雙波長干涉測量中，通過雙色濾光片（如分束濾光片）分離633nm和532nm激光，實現(xiàn)納米級位移測量。

環(huán)境與工業(yè)檢測

濾光片在環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)自動化中用于特定參數(shù)的快速檢測。

水質(zhì)監(jiān)測

- 檢測水中污染物時，濾光片用于選擇特征吸收或熒光波長。例如，檢測六價鉻時，使用540nm濾光片測量二苯碳酰二肼顯色后的吸光度。

- 濁度傳感器中，紅外濾光片可減少水中色素對光散射測量的干擾，提高濁度計算準(zhǔn)確性。

工業(yè)在線檢測

- 鋼鐵生產(chǎn)中，通過高溫紅外濾光片監(jiān)測鋼水表面的輻射強(qiáng)度，非接觸式測量溫度。

- 半導(dǎo)體制造中，濾光片用于光刻工藝的光源波長控制，確保光刻精度。

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