從深紫外到遠(yuǎn)紅外：Alluxa超窄帶濾光片如何重塑光電傳感？

導(dǎo)語(yǔ)

在光電傳感的世界里，信號(hào)與噪聲的博弈從未停止。從深空探測(cè)的極紫外光，到環(huán)境監(jiān)測(cè)的激光雷達(dá)，再到醫(yī)療領(lǐng)域的遠(yuǎn)紅外激光，如何從浩瀚的背景噪聲中“提純"出那萬(wàn)分之一的有效信號(hào)？

答案在于超窄帶濾光片（Ultra-Narrowband Bandpass Filters, UNBP）。

今天，我們將深入解析Alluxa如何利用SIRRUS™沉積技術(shù)，打破傳統(tǒng)薄膜工藝的桎梏，在全光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)“亞納米級(jí)"的分辨。

正文

隨著人類探索世界的觸角不斷延伸，光學(xué)傳感器和成像技術(shù)正經(jīng)歷著變革。

無(wú)論是植入皮下的生物MEMS設(shè)備，還是飛向深空的太陽(yáng)探測(cè)器，現(xiàn)代光學(xué)設(shè)備的核心訴求只有一個(gè)：更精準(zhǔn)的光譜識(shí)別。

作為光學(xué)系統(tǒng)的“心臟"，超窄帶濾光片（UNBP）承擔(dān)著至關(guān)重要的角色——在寬廣的光譜中，精準(zhǔn)截取亞納米級(jí)別的特定波段。這項(xiàng)最初服務(wù)于電信行業(yè)DWDM（密集波分復(fù)用）的技術(shù)，如今已成為深紫外（UV）至中遠(yuǎn)紅外（LWIR）成像與傳感的關(guān)鍵。

Alluxa工程團(tuán)隊(duì)?wèi){借SIRRUS™等離子體沉積技術(shù)，將曾經(jīng)低產(chǎn)出、高成本的UNBP制造，轉(zhuǎn)化為一種高度確定性的制造工藝，讓光學(xué)性能突破了物理極限。

一、極紫外挑戰(zhàn)：直視太陽(yáng)的“勇氣"

Heliophysics & UV Filters

太陽(yáng)物理學(xué)（Heliophysics）是目前具有挑戰(zhàn)性的科研領(lǐng)域之一。為了研究日冕物質(zhì)拋射（CMEs）等磁場(chǎng)/等離子體現(xiàn)象，科學(xué)家需要對(duì)太陽(yáng)大氣進(jìn)行高時(shí)空分辨率的掃描。

這不僅是對(duì)探測(cè)器的考驗(yàn)，更是對(duì)濾光片的極限施壓。

圖 1：界面區(qū)成像光譜儀（IRIS）探測(cè)器可視化結(jié)果（含窗口化 SJI 圖像）

在下一代太陽(yáng)探測(cè)任務(wù)中，為了更精細(xì)地描繪等離子體速度（即日球?qū)訙囟确植迹?/span>Alluxa開發(fā)了高精細(xì)度的多腔紫外超窄帶濾光片。

技術(shù)硬指標(biāo)：

• 膜層數(shù)量： >500層（在紫外波段控制如此多的膜層厚度是較高難度的工藝）。

• 半高寬（FWHM）： < 0.5 nm（較高的光譜分辨率）。

• 峰值透過(guò)率： 10% - 50%（在極紫外波段，材料吸收是巨大挑戰(zhàn)，此數(shù)據(jù)已屬行業(yè)前端）。

• 截止深度： OD6 - OD12（在200-1200nm范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超高深度的背景光抑制）。

圖 2：紫外超窄帶太陽(yáng)濾光片

這種令人驚嘆的光譜輪廓，歸功于Alluxa對(duì)沉積系統(tǒng)配置的優(yōu)化，極大地最小化了高層數(shù)濾光片中的散射和吸收損耗。這對(duì)于能量微弱且材料吸收嚴(yán)重的紫外波段來(lái)說(shuō)，是決定性的技術(shù)突破。

二、激光雷達(dá)之眼：守護(hù)“藍(lán)色氣泡"

Atmospheric Lidar Sensing

大氣觀測(cè)與建模關(guān)乎我們?cè)谶@個(gè)“藍(lán)色氣泡"上的生存環(huán)境，也直接影響著碳排放等地緣經(jīng)濟(jì)架構(gòu)。

在對(duì)流層氣溶膠和云層分布的晝夜監(jiān)測(cè)中，532 nm和1064 nm是兩個(gè)至關(guān)重要的波長(zhǎng)。通過(guò)測(cè)量這兩個(gè)波段的后向散射和體積去極化率，科學(xué)家可以構(gòu)建出精準(zhǔn)的大氣模型。

但這要求濾光片必須具備較高的矩形度和信噪比。

圖 3：可見光（VIS）超窄帶通濾光片，中心波長(zhǎng)（CWL）@ 532 nm

圖 4：近紅外（NIR）超窄帶通濾光片，中心波長(zhǎng)（CWL）@ 1064 nm

Alluxa制造的OD6級(jí)超窄帶濾光片（532-0.127 nm 和 1064-0.25 nm），其實(shí)測(cè)性能與理論模擬高度吻合。這意味著：

• 極陡的過(guò)渡帶： 能夠有效切斷鄰近波長(zhǎng)的干擾光。

• 平坦的通帶： 保證有效信號(hào)的接收。

這些濾光片將被部署在實(shí)際的飛行任務(wù)中，成為大氣激光雷達(dá)（Lidar）遙感系統(tǒng)的核心組件。

三、遠(yuǎn)紅外突破：精準(zhǔn)操控“隱形光"

LWIR & Gas Monitoring

視線轉(zhuǎn)向長(zhǎng)波紅外（LWIR），這里是氣體監(jiān)測(cè)和醫(yī)療激光的主戰(zhàn)場(chǎng)。

從實(shí)驗(yàn)性的紋身去除到精密的醫(yī)療設(shè)備制造，激光應(yīng)用需要嚴(yán)格控制帶寬并衰減帶外光。隨著量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）和CO2激光器的應(yīng)用日益廣泛，LWIR波段的超窄帶濾光片需求激增。

圖 5：10.6 微米長(zhǎng)波紅外（LWIR）超窄帶通濾光片

Alluxa展示了在10.6微米波長(zhǎng)下的設(shè)計(jì)與制造能力，實(shí)現(xiàn)了FWHM < 0.1微米的超窄帶寬。在這一波段，材料的選擇和膜層應(yīng)力控制是巨大挑戰(zhàn)，但Alluxa依然實(shí)現(xiàn)了高透過(guò)率與窄帶寬的平衡。

結(jié)語(yǔ)：以確定性工藝，應(yīng)對(duì)不確定的未來(lái)

從紫外波段對(duì)散射損耗的控制，到可見光與近紅外波段對(duì)理論設(shè)計(jì)的復(fù)現(xiàn)，再到長(zhǎng)波紅外波段的高透窄帶突破。

Alluxa正在用SIRRUS™沉積平臺(tái)證明一件事：光學(xué)濾光片的制造，不再是一場(chǎng)“碰運(yùn)氣"的實(shí)驗(yàn)，而是一項(xiàng)高度可控、可重復(fù)的精密工程。

面對(duì)未來(lái)光電應(yīng)用對(duì)光譜純度日益嚴(yán)苛的需求，Alluxa已做好準(zhǔn)備，繼續(xù)拓展光學(xué)的邊界。

【技術(shù)參數(shù)咨詢】

如果您正在尋找特定波段的超窄帶濾光片，或面臨復(fù)雜的光路信噪比問(wèn)題，歡迎聯(lián)系我們的光學(xué)工程師團(tuán)隊(duì)。

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