中性密度滤光片

　　中性密度滤光片是一种起光能衰减作用的光学元件，其在光学系统中的功能与电阻在电路中的功能非常相似，因而应用范围非常广泛。中性密度滤光片广泛应用于光谱检测、光纤通讯、摄影摄像等领域，不同领域叫法也不一样，所以中性密度滤光片又称中性衰减片、中灰滤镜等，薄膜领域通常称为密度滤光片（neutral density filters，NDF）。密度滤光片分固定式和可变式两种，固定式密度滤光片直接称作“密度滤光片”，而可变式密度滤光片则叫作“变密度滤光片”（variable neutral density filters，VNDF）。 

　　如果仅从实现透射光的衰减这一功能来讲，密度滤光片的实现方法有多种，如：玻璃上镀介质膜；玻璃上镀金属膜；玻璃上光刻不透明的点阵[1]；直接使用中灰玻璃；直接使用灰度软片[23]。用以上方法生产出的滤光器件均可称为密度滤光片，但不一定能称为中性密度滤光片。不同的生产方法所得到中性效果也不同，适用场合也不同，因此，采用必要的中性度评价方法是必要的。密度滤光片的重要特性是光谱中性，即要求光密度随波长变化很小，理想的情况是光密度是恒值，表现在光谱曲线上是一条水平直线。而现实的密度滤光片的中性是相对的，是有范围的，因此中性度被用来度量光密度随波长变化的情况。 

　　1工程中常用的中性度约束方法 

　　机标JB/T 8226.5-1999—《光学零件薄膜·中性滤光膜》[4]（中性滤光膜即中性密度滤光片）将中性度定义为：400～700 nm范围内，*小透射率与*大透射率的差值；并且还按密度滤光片的密度值大小对中性度做出了要求，如表1所示。表中：D为白光光密度；Δτ为*小透射率与*大透射率的差值。 

　　以上方法常见于客户的询单和采购文件中，它与客户的实际应用相关联，能够有效约束产品的中性度。然而，工程中所采用的这些方法虽然能很好的约束密度滤光片的中性度，但其中性度究竟如何却无法判断，对于不同规格的产品，更是无法比较其中性度的优劣。 

　　2中性度的归一化比较 

　　光密度是波长的函数，其标准定义[56]为：透过的与入射的辐射能量或光通量的光谱密集度之比的负对数，即光谱透射比的负对数形式，记为D（λ）。中性度则是对这一函数的一种评价。要比较不同规格产品的中性度，必先采用分光光度计测出各波长的光密度，即光密度对波长的光谱曲线。由于密度滤光片对测量带宽要求不严[7]，光谱测量不必特别细密。 

　　图1是三种规格的密度滤光片的光密度曲线，仅从光谱曲线不容易判断出中性度的优劣。统计学上，用于表征测量准确度的不是绝对偏差而是相对偏差，同理，中性程度的表征也应该采用相对偏差。要考察密度滤光片的中性度则需要计算出每一波长光密度值与理想值的偏差。对于某一密度滤光片，其理想光密度则为所考察波段光密度的平均值。获取每一波长光密度滤光片偏差的过程称之为归一化。通过归一化，所有光密度曲线都变成围绕在水平线Y=1附近的相对光密度曲线，见图2，此时比较中性度就非常容易，曲线的落差就代表了中性度。 

　　由于波长范围大不相同，采用公式（4）计算出来的中性度不具有可比性，它不适合作为产品确定的技术指标对外宣称，但在数值量级上与标准光密度相当，具有一定的可参照性，在定制特殊产品时，供需双方可采用此公式以确定产品的中性度要求。 

　　5结论 

　　中性度是密度滤光片的一项重要技术指标，其评价方法的明确和统一将有助于密度滤光片产品生产的标准化。由于没有相关文献和标准可供参考，本文仅从实用角度简单地提出了光谱曲线归一化的比较方法；并确定了一个标准中性度的指标；对于更特殊的中性度比较问题，也仅粗略地提出了一个计算公式；对于密度滤光片光谱曲线的波纹和其它问题没有深入研究。本文所述方法仅作抛砖引玉，期待大家指正和完善。