Unternehmensnachrichten über Umfassende Analyse optischer Filter

Umfassende Analyse optischer Filter

• 1Definition und Merkmale von Filtern
  Ein Filter als optische Komponente dient in erster Linie dazu, die Lichtstärke zu abschwächen und die Spektralzusammensetzung zu verändern.Bereitstellung einer präzisen Spektralfilterung für verschiedene optische AnwendungenEs ist wichtig zu beachten, dass Filter zwar bestimmte Farben oder Motive verbessern können, aber die Helligkeit der astronomischen Bildgebung nicht erhöhen.Objekte in dem resultierenden Bild schwächer erscheinen lassen.
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• 2. Prinzip der Filterherstellung
  Filter werden in der Regel aus einem Kunststoff- oder Glassubstrat hergestellt, das mit speziellen Farbstoffen kombiniert wird.so beeinflusst seine Übertragungsfähigkeit für verschiedene Lichtfarben. Zum Beispiel erlaubt ein roter Filter nur rotes Licht, während er alle anderen Farben blockiert. Diese Eigenschaft ermöglicht es Filtern, Licht innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs effektiv zu entfernen,mit einer Breite von nicht mehr als 20 mm,Es ist jedoch zu beachten, daß sie kein wirklich monochromes Licht erzeugen.
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• 3Anwendung von Filtern in der Fotografie
  Filter spielen im Bereich der Fotografie eine entscheidende Rolle: Durch das Hinzufügen eines geeigneten Filters vor dem Objektiv können die Fotografen bestimmte Lichtfarben effektiv blockieren.Auf diese Weise werden bestimmte Gegenstände oder Farben hervorgehobenWenn man beispielsweise eine gelbe Blume fotografiert, blockiert das Platzieren eines gelben Filters vor dem Objektiv ein Teil des grünen (von den Blättern) und blauen (vom Himmel) Lichts.das Gelb der Blume lebendiger machen und das Thema effektiv betonenDiese Technik wird in verschiedenen fotografischen Szenarien weit verbreitet, um Fotografen dabei zu helfen, künstlerischere Werke zu schaffen.
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• 4. Einstufung der Filter
  Filter können anhand verschiedener Kriterien wie Spektralband, Spektralleigenschaften, Beschichtungsmaterial und Anwendungsmerkmale klassifiziert werden.

• Basierend auf dem Spektralband:

  • Ultraviolette (UV) Filter:Konzipiert für die ultraviolette Spektralregion.

  • Sichtlichkeitsfilter:Für die sichtbare Spektralregion ausgelegt.

  • Infrarot (IR) Filter:Für die Infrarot-Spektralregion entwickelt.
    Diese Filter sind auf spezifische Spektralbereiche zugeschnitten, um spezifische optische Bedürfnisse zu erfüllen.

• Basierend auf den Spektralmerkmalen:

  • Bandpassfilter:Übertragen Sie ein bestimmtes Wellenlängenband.

  • Abgrenzungsfilter (Lang-/Kurzpass):Übertragen von Wellenlängen über (Longpass) oder unter (Shortpass) einer bestimmten Wellenlänge, die für den Einschnitt/Ausschnitt bestimmt ist.

  • Dichroische Filter: Selektiv überträgt oder reflektiert Licht basierend auf der Wellenlänge.

  • Filter mit neutraler Dichte (ND): Lichtintensität über ein Spektrum hinweg gleichmäßig abschwächen.

  • Reflexionsfilter:Sie reflektieren vorwiegend Licht innerhalb eines bestimmten Bandes.
    Diese Typen weisen unterschiedliche Übertragungs- und Blockierungseigenschaften für spezifische Spektralfiltereffekte auf.

• Auf der Grundlage des Beschichtungsmaterials:

  • Filter mit Weichbeschichtung:Beschichtungen sind weniger langlebig, besser geeignet für Geräte wie biochemische Analysatoren.

  • Filter mit harter Beschichtung:Die Beschichtungen weisen eine hervorragende Härte und vor allem eine hohe Laserschadensschwelle auf.

• Basierend auf optischen Indizes und Übertragungsmerkmalen:

  • Bandpassfilter:Licht innerhalb eines ausgewählten Bandes durchlassen, während Licht außerhalb des Durchgangsbandes blockiert wird. Zu den wichtigsten Parametern gehören Zentrumwellenlänge (CWL) und Vollbreite bei halbem Maximum (FWHM),Kategorisiert als Schmalband oder Breitband.

  • Kurzpassfilter:Licht mit Wellenlängen übertragen, die kürzer sind als eine bestimmte Wellenlänge.

  • Langpassfilter:Licht mit Wellenlängen, die länger sind als eine bestimmte Wellenlänge.
    Diese werden für spezifische Wellenlängen-Auswahlfunktionen verwendet.

• 5. Schlüsselfilter-Terminologie erklärt

• Mittelwellenlänge (CWL): Die Wellenlänge, die der Spitzenübertragbarkeit für einen Bandpassfilter oder der Spitzenreflexibilität für einen Kerbefilter entspricht.,Bei Interferenzfiltern liegt der Spitzenwert möglicherweise nicht genau am Wellenlängenmittelpunkt.

• Bandbreite: Der Wellenlängenbereich, der dem Teil des Spektrums entspricht, in dem eine bestimmte Menge an Energie durch den Filter geht, auch FWHM genannt (siehe Abbildung 1).

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• Abbildung 1:Illustration der Mittelwellenlänge und der vollen Breite bei halbem Maximum (FWHM)
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• Bei der Erörterung der Filterleistung kommen zwei weitere Schlüsselbegriffe auf:

• Blockierungsbereich (Blocking-Band): Beschreibt den Wellenlängenbereich, in dem die Energie vom Filter auf eine bestimmte optische Dichte (OD) abgeschwächt wird.Dies definiert die vom Filter blockierte Spektralregion.

• Übergangsbereich (Kantenbreite): Das Wellenlängenintervall, über das der Filter von hoher Übertragung zu hoher Blockierung übergeht (oder umgekehrt), gemessen zwischen bestimmten Übertragungsstellen (z. B.,Dies bestimmt die Schärfe der Kante.

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• Abbildung 2: Beziehung zwischen Blockierungsbereich/Übergangsbereich und optischer Dichte

• Optische Dichte (OD): Ein entscheidendes Maß für die Lichtblockungsleistung eines Filters. Es hängt logarithmisch mit der Durchlässigkeit (T) des Filters zusammen: OD = -log10(T.Ein hoher OD-Wert bedeutet eine sehr geringe Durchlässigkeit (hohe Blockierung), während ein niedriger OD-Wert eine höhere Durchlässigkeit anzeigt.0Eine Überdosis.3Es ist klar, dass die Durchlässigkeit mit zunehmender OD deutlich abnimmt.

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  (1) Beziehung zwischen OD und Durchlässigkeit: Mit zunehmender optischer Dichte (OD) sinkt die Durchlässigkeit deutlich.Dies führt zu einer geringeren DurchlässigkeitDieses Phänomen wird intuitiv in Abbildung 3 dargestellt.

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• Dichroischer Filter: Ein Filtertyp, der in der Lage ist, das Licht nach Wellenlänge selektiv zu übertragen oder zu reflektieren (siehe Abbildung 4).Es überträgt einen bestimmten Wellenlängenbereich, während es andere Wellenlängen reflektiert oder absorbiertDieser Typ ist in Longpass- und Shortpass-Anwendungen sehr verbreitet.

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  Abbildung 4: Beschichtungsmerkmale eines Dichrofilters.

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  • Cut-On-Wellenlänge (λcut-on): Für einen Longpass-Filter ist dies die Wellenlänge, bei der die Durchlässigkeit 50% erreicht.

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    Abbildung 5: Aufgeschnittene Wellenlänge für einen Langpassfilter.

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  • Cut-Off-Wellenlänge (λcut-off): Für einen Kurzpassfilter ist dies die Wellenlänge, bei der die Durchlässigkeit auf 50% sinkt.

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    Abbildung 6: Wellenlänge für den Kurzpassfilter.

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    Der Wellenlänge-Kürzungsparameter ist besonders wichtig, wenn man über die Leistung von Kurzpassfiltern spricht.als λ-Schnittgrenze in Abbildung 6 ermittelt, die wichtige Informationen für das Verständnis der Filterleistung liefern.

• 6.Filterherstellungstechnologien
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  Absorbierende oder dichroische Filter
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• Filter für die OptikDie Kernunterschiede liegen in ihrem Filtermechanismus.

• Absorptionsfilter: Verlassen Sie sich auf die Absorptionseigenschaften eines farbigen Glassubstrats, um das Licht zu blockieren. This type excels at handling noise caused by stray light within a system and is angle-insensitive – meaning their transmission and absorption properties remain consistent regardless of the angle of incident light.

• Dichroische (Interferenz-) Filter: Arbeiten, indem sie unerwünschte Wellenlängen reflektieren und den gewünschten Spektralteil übertragen.Dieser Mechanismus ist in Anwendungen wünschenswert, bei denen das Licht nach Wellenlänge in verschiedene Bahnen getrennt werden mussDiese Filter funktionieren, indem sie dünnfilmige Beschichtungen verwenden, die aus Schichten von Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen, um konstruktive und destruktive Störungen von Lichtwellen zu erzeugen.

  • Nur bestimmte Wellenlängen in bestimmten Winkeln beeinträchtigen konstruktiv den Durchgang.andere zerstörerisch eingreifen und reflektiert werden (Abbildung 7).

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    Abbildung 7: Mehrschichtstruktur aus wechselnden Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex, die auf einem Glassubstrat abgelagert sind.

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  • Im Gegensatz zu absorbierenden Filtern sind dichroische Filter sehr winkelempfindlich.Eine Erhöhung des Einfallwinkels verschiebt die Übertragung des Filters auf kürzere Wellenlängen (e.z.B. blaue Verschiebung), während der Winkel abnimmt, verschiebt er sich in Richtung längerer Wellenlängen (z.B. rote Verschiebung).

• Herstellung von Bandpassfiltern: traditionelle Beschichtung gegen Hard-Sputtered (IAD)
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  Wir konzentrieren uns jetzt auf dichroische Bandpassfilter, die in vielen Branchen weit verbreitet sind. Sie können dichroische oder farbige Substrattypen sein.

• Herkömmliche Beschichtung (Mehrholz):Auf mehrere getrennte Substrate werden mehrere Beschichtungsstapel (wie die Struktur in Abbildung 7) gelegt, die dann zu einem einzigen, dicken Filterelement zusammengefügt werden.für komplexe Filter, Stacks können mehrmals wiederholt werden (z.B. 100+ Schichten insgesamt pro Seite).Diese Technik führt zu dickeren Filtern mit geringerer Durchlässigkeit, da das Licht an jeder Substrat-Schnittstelle und Zementschicht absorbiert und/oder reflektiert wird..

• Hard-Sputtered/Ionen-Assisted Deposition (IAD):Alle erforderlichen Beschichtungsschichten (oft mehr als 100 Schichten pro Seite) werden auf einem einzigen Substrat abgelagert.Dies führt zu einem dünneren Filter mit deutlich höherer Durchlässigkeit, da das Licht nur durch ein Substrat hindurchläuft und Verluste durch Zementschichten vermieden werden.Vorteile sind eine verbesserte Übertragung, eine verbesserte Umweltstabilität und eine längere Lebensdauer.

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  Abbildung 8: Vergleich von herkömmlichem (Mehrsubstrat, zementisiertem) Filter (links) und harten (einmaligem Substrat) Filter (rechts).Die Durchlässigkeit des herkömmlichen Filters verringert sich mit zusätzlichen Substraten und ZementschichtenDer hart gespritzte Filter erreicht eine höhere Übertragung durch Verwendung eines einzigen Substrats.

• Diese Unterschiede bei der Herstellung sind bei der Auswahl des richtigen Filters für eine Anwendung von entscheidender Bedeutung.
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• 7. Einführung und Anwendung verschiedener Filterarten
  Unter Verwendung von Edmund Optics Filtern als Beispiel, hier ist eine kurze Übersicht der gängigen Filterarten und ihre Anwendungen:

• Bandpassfilter:Merkmal sehr schmalband (z. B. < 2nm, 10nm) oder breitband (z. B. 50nm, 80nm) Übertragung über das Substrat. Sehr winkelempfindlich; erfordern eine sorgfältige Montage.Die Auswahl von Hard-Sputtered (IAD) Bandpassfiltern erhöht die Spitzenübertragung bei der Zielwellenlänge erheblich.

• Langpassfilter (LP):Übertragen Sie alle Wellenlängen, die länger sind als eine bestimmte Cut-On-Wellenlänge (λcut-on).

• Kurzpassfilter (SP):Übertragen Sie alle Wellenlängen, die kürzer sind als eine bestimmte Wellenlänge (λcut-off).

• mit einer Breite von mehr als 20 mm,Überträgt sichtbares Licht und absorbiert Infrarotstrahlung, wobei die absorbierte Energie als Wärme in die umgebende Luft abgegeben wird.Verwendet in Architektur- und Automobilanwendungen zur thermischen SteuerungFunktioniert auch als Kurzpassfilter.

• Kaltspiegel:Eine Art dichroischer Filter, der eine hohe Reflexionsfähigkeit im sichtbaren Spektrum aufweist und gleichzeitig eine hohe Übertragung im Infrarot (IR) aufweist.Ideal für Anwendungen, bei denen die erzeugte Wärme zu Schäden oder nachteiligen Auswirkungen führen könnte (e.z.B. bei der Beleuchtung hitzeempfindlicher Proben).

• Heiße Spiegel:Ein Typ dichroischer Filter, der eine hohe Reflexionsfähigkeit im Infrarot-Spektrum aufweist und gleichzeitig eine hohe Übertragung im sichtbaren Bereich aufweist.Weit verbreitet in Projektions- und Beleuchtungssystemen zur Entfernung von Wärme.

• Notchfilter:Ideal zum präzisen Entfernen einer einzigen Laserwellenlänge oder eines engen Bandes aus einem optischen System.

• Filter für farbige Substrate (absorbierend):Erstellt mit Substratverarbeitung (z. B. gefärbtes Glas, Kunststoff). Zeigen charakteristische Absorptions-/Übertragungsprofile über spezifische Spektralregionen hinweg. Häufig als Longpass- oder Bandpassfilter verwendet.Ihre Übertragungs-/Blockkanten sind weniger scharf als beschichtete Filter, sind jedoch winkelunempfindlich.

• Dichroische Filter:Wird für Anwendungen wie Farbtrennung oder Kombination in der Bildgebung verwendet.Winkelempfindlicher als Absorptionsfilter, aber im Allgemeinen weniger empfindlich als komplexe Interferenzbandpass-/Notchfilter.

• Filter mit neutraler Dichte (ND):Konzipiert zur gleichmäßigen Dämpfung der Lichtintensität (im UV-, Sicht- oder IR-Spektrum) ohne signifikante Veränderung des Spektralbalances.

  • Absorptive ND: Arbeitet durch Absorption von nicht übertragenem Licht.

  • Reflektierendes ND: Arbeitet, indem nicht übertragenes Licht entlang des Einfallweges zurückgebildet wird.für den Schutz von Kameras/Detektoren vor starkem Licht oder Überbelichtung.