穿透率與光學密度是以兩種尺度描述同一件事:材料讓輻射通過的比例。穿透率以線性方式表示穿透的比例,單位為 %;光學密度則以對數方式表示——OD 為 1 表示穿透率 10 %,OD 為 3 表示穿透率 0.1 %。由於防護濾光片、雷射防護眼鏡與中性密度濾光片都以 OD 標示,而儀器則以 % 回報數值,因此雙向換算是日常作業。
本計算工具涵蓋三項任務:由量測所得穿透率求出光學密度、由已知光學密度求出穿透率,以及當光路中有多個元件——窗片、濾光片、觀察窗——時的合併衰減量。就合併衰減而言,穿透率是相乘而非相加;在 OD 尺度上則改為相加,這正是對數尺度吸引人之處。
此計算適用於單一波長,並假設所有穿透率數值皆對應同一波長。穿透率可用光度計或光譜儀量測——Opsytec 兩者皆有生產,並於自有實驗室進行校正。
所有其他輻射度量換算皆彙整於輻射度量計算工具中。
基礎知識
光學密度是穿透率的負十進位對數:OD = −log₁₀(T),其中 T 為 0 至 1 之間的分數。若穿透率以百分比表示(如常見情形),則 OD = −log₁₀(T[%] / 100)。反向運算為 T = 10^(−OD) 或 T[%] = 10^(−OD) · 100。光學密度為無單位量。在化學領域,同一物理量稱為吸光度或消光值。
若有多個元件依序排列,穿透率會相乘:T_total = T₁ · T₂ · … · Tₙ。在 OD 尺度上,這相當於加法:OD_total = OD₁ + OD₂ + … + ODₙ。
濾光片穿透率為 1 %:OD = −log₁₀(0.01) = 2。三個組件穿透率分別為 90 %、75 % 及 60 %,則 T_total = 0.90 · 0.75 · 0.60 = 0.405 = 40.5 %,對應 OD_total = 0.392。
光密度強烈取決於波長。若未指定波長範圍,僅提出「OD 4」這樣的數值並無意義──同一材料在 254 nm 時可能為 OD 5,而在 365 nm 時僅為 OD 0.5。對於散射或混濁樣品,簡易裝置收集到的光量過少,會顯示過高的光密度;此時需要使用積分球。此外,將穿透率相乘的作法忽略了緊密相鄰表面之間的多重反射。
常見問題
OD = −log₁₀(T/100), wenn T in Prozent vorliegt. 10 % Transmission ergeben OD 1, 1 % ergeben OD 2, 0,1 % ergeben OD 3. Jede weitere OD-Stufe bedeutet einen Faktor 10 weniger durchgelassene Strahlung.
入射輻射中僅萬分之一會被穿透,也就是 0.01 %。相應地,OD 6 會將輻射衰減至百萬分之一。
就數學運算而言是相同的 — 三者皆為 −log₁₀(T)。這些術語源自不同領域:光密度來自濾光片技術,吸光度與消光係數則來自光譜學。
將透光率相乘或將光學密度相加——兩者會得到相同的結果。兩片濾光片,OD 分別為 2 與 3,組合後為 OD 5,即透光率為 0.001 %。
因為材料的吸收特性在光譜中變化甚大。紫外線防護玻璃在 UV-C 波段可能高度吸收,但在可見光波段卻是透明的。若無波長,OD 值便無法比較——OD 是以光譜方式測量的,請參閱光譜輻射計。
單一波長使用光度計,整條曲線則使用光譜儀。對於散射樣品,會加裝積分球,以同時捕捉散射光。
就換算而言可以,但就評估而言則不可以。雷射防護濾片是依其專屬標準以防護等級進行分類;單純的 OD 換算並不能取代該項評估。關於雷射製程中的穿透率測試,請參閱雷射製程與穿透率測試。