εταιρικά νέα για Συνολική Ανάλυση Οπτικών Φίλτρων

Πλήρης ανάλυση των οπτικών φίλτρων

• 1Ορισμός και χαρακτηριστικά των φίλτρων
  Ένα φίλτρο, ως οπτικό συστατικό, λειτουργεί κυρίως για να εξασθενεί την ένταση του φωτός και να αλλάζει τη φασματική του σύνθεση.παρέχει ακριβές φασματικό φιλτράρισμα για διάφορες οπτικές εφαρμογέςΕίναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ενώ τα φίλτρα μπορούν να ενισχύσουν ορισμένα χρώματα ή θέματα, δεν αυξάνουν τη φωτεινότητα της αστρονομικής απεικόνισης.προκαλώντας τα αντικείμενα να φαίνονται πιο αμυδρά στην προκύπτουσα εικόνα.
• 
  
• 2Αρχή κατασκευής φίλτρων
  Τα φίλτρα συνήθως κατασκευάζονται από πλαστικό ή γυάλινο υπόστρωμα σε συνδυασμό με ειδικές χρωστικές ύλες.επηρεάζοντας έτσι τις ιδιότητες μετάδοσής του για διαφορετικά χρώματα φωτόςΓια παράδειγμα, ένα κόκκινο φίλτρο επιτρέπει μόνο το κόκκινο φως να περάσει ενώ εμποδίζει όλα τα άλλα χρώματα.που λειτουργούν ως μονοχρωματοποιητέςΩστόσο, θα πρέπει να σημειωθεί ότι δεν παράγουν πραγματικά μονοχρωματικό φως.
• 
  
• 3Εφαρμογή φίλτρων στη φωτογραφία
  Με την προσθήκη ενός κατάλληλου φίλτρου μπροστά από τον φακό, οι φωτογράφοι μπορούν να αποκλείσουν αποτελεσματικά ορισμένα χρώματα του φωτός.με τον τρόπο αυτό τονίζει συγκεκριμένα θέματα ή χρώματαΓια παράδειγμα, όταν φωτογραφίζετε ένα κίτρινο λουλούδι, τοποθετώντας ένα κίτρινο φίλτρο μπροστά από τον φακό μπλοκάρει μέρος του πράσινου (από τα φύλλα) και του μπλε (από τον ουρανό) φωτός.κάνοντας το κίτρινο του λουλουδιού πιο ζωντανό και τονίζοντας αποτελεσματικά το θέμαΗ τεχνική αυτή χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορα φωτογραφικά σενάρια για να βοηθήσει τους φωτογράφους να δημιουργήσουν περισσότερα καλλιτεχνικά έργα.
• 
  
• 4. Ταξινομή των φίλτρων
  Τα φίλτρα μπορούν να ταξινομηθούν με βάση διαφορετικά κριτήρια, όπως η φασματική ζώνη, τα φασματικά χαρακτηριστικά, το υλικό επικάλυψης και τα χαρακτηριστικά εφαρμογής.

• Με βάση τη φάση φάσματος:

  • Φίλτρα υπεριώδους (UV) ακτινοβολίας:Σχεδιασμένο για την υπεριώδη περιοχή του φάσματος.

  • Φίλτρα ορατού φωτός:Σχεδιασμένο για την ορατή περιοχή του φάσματος.

  • Φίλτρα υπέρυθρου (ΙΡ):Σχεδιασμένο για το υπέρυθρο φάσμα.
    Τα φίλτρα αυτά είναι προσαρμοσμένα σε συγκεκριμένες φασματικές περιοχές για να καλύπτουν συγκεκριμένες οπτικές ανάγκες.

• Με βάση τα φασματικά χαρακτηριστικά:

  • Φίλτρα ζώνης:Μεταδώστε μια συγκεκριμένη ζώνη μήκους κύματος.

  • Φίλτρα διαχωρισμού (μακροπρόθεσμα/μικροπρόθεσμα):Μεταδίδουν μήκη κύματος πάνω από (Longpass) ή κάτω από (Shortpass) ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος διακοπής/αποκοπής.

  • Δικροϊκά φίλτρα: Μεταδίδει ή αντανακλά επιλεκτικά το φως με βάση το μήκος κύματος.

  • Φίλτρα ουδέτερης πυκνότητας (ND): Αμβλύνει ομοιόμορφα την ένταση του φωτός σε όλο το φάσμα.

  • Αντανακλαστικά φίλτρα:Αντανακλούν κυρίως το φως εντός συγκεκριμένης ζώνης.
    Οι τύποι αυτοί έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά μετάδοσης και αποκλεισμού για ειδικά φασματικά αποτελέσματα φιλτραρίσματος.

• Βάσει του υλικού επικάλυψης:

  • Φιλτράρια με μαλακό επικάλυμμα:Οι επικαλύψεις είναι λιγότερο ανθεκτικές, πιο κατάλληλες για συσκευές όπως βιοχημικοί αναλυτές.

  • Φίλτρα σκληρής επικάλυψης:Οι επικάλυψεις παρουσιάζουν εξαιρετική σκληρότητα και, το πιο σημαντικό, υψηλά όρια ζημιών λέιζερ (LDT).

• Με βάση τους οπτικούς δείκτες και τα χαρακτηριστικά μετάδοσης:

  • Φίλτρα ζώνης:Επιτρέψτε στο φως να περάσει μέσα σε μια επιλεγμένη ζώνη ενώ αποκλείετε το φως εκτός της ζώνης διέλευσης.κατηγοριοποιούνται ως στενό-ή ευρυζωνικό.

  • Φίλτρα σύντομης διέλευσης:Μεταδίδει φως με μήκη κύματος μικρότερη από ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος.

  • Φίλτρα μακράς διέλευσης:Μεταδίδει φως με μήκη κύματος μεγαλύτερη από ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος.
    Αυτά χρησιμοποιούνται για συγκεκριμένες λειτουργίες επιλογής μήκους κύματος.

• 5. Εξηγείται η ορολογία του φίλτρου κλειδιών

• Κέντρο μήκους κύματος (CWL): Το μήκος κύματος που αντιστοιχεί στην κορυφαία διαπερατότητα για ένα φίλτρο ζώνης ή την κορυφαία ανακλαστικότητα για ένα φίλτρο διαχωρισμού.,Για τα φίλτρα παρεμβολών, η κορυφή μπορεί να μην είναι ακριβώς στο μέσο σημείο μήκους κύματος.

• Διάφρασμα ζώνης: Το εύρος μήκους κύματος που αντιστοιχεί στο τμήμα του φάσματος όπου περνά ένα συγκεκριμένο ποσό ενέργειας μέσω του φίλτρου, γνωστό επίσης ως FWHM (βλέπε σχήμα 1).

• 
• Σχήμα 1:Εικόνα κέντρου μήκους κύματος και πλήρους πλάτους στο μισό μέγιστο (FWHM)
• 
  
• Όταν συζητείται η απόδοση του φίλτρου, συναντώνται δύο άλλες βασικές έννοιες:

• Περιοχή αποκλεισμού (Blocking Band): Περιγράφει το εύρος μήκους κύματος στο οποίο η ενέργεια αποδυναμώνεται από το φίλτρο σε συγκεκριμένο επίπεδο οπτικής πυκνότητας (OD).Αυτό ορίζει τη φασματική περιοχή που μπλοκάρεται από το φίλτρο.

• Μεταβατικό εύρος (width of edge): το διάστημα μήκους κύματος κατά το οποίο το φίλτρο μεταβαίνει από υψηλή μετάδοση σε υψηλή αποκλειστικότητα (ή αντίστροφα), μετρούμενο μεταξύ καθορισμένων σημείων μετάδοσης (π.χ.,Αυτό καθορίζει την οξύτητα της άκρης.

• 
• Σχήμα 2: Σχέση μεταξύ περιοχής αποκλεισμού/περιοχής μετάβασης και οπτικής πυκνότητας

• Οπτική πυκνότητα (OD): κρίσιμο μέτρο της απόδοσης ενός φίλτρου που εμποδίζει το φως.Υψηλή τιμή OD υποδηλώνει πολύ χαμηλή διαπερατότητα (υψηλό αποκλεισμό)Το σχήμα 3 δείχνει οπτικά τη διαπερατότητα για τρεις διαφορετικές τιμές OD (OD 1.0Υπερβολική δόση 1.3Είναι σαφές ότι η διαπερατότητα μειώνεται σημαντικά καθώς αυξάνεται η ΔΟ.

• 

• 
  (1) Σχέση μεταξύ OD και διαπερατότητας: Καθώς αυξάνεται η οπτική πυκνότητα (OD), η διαπερατότητα μειώνεται σημαντικά.με αποτέλεσμα χαμηλότερη διαπερατότηταΑυτό το φαινόμενο αποδεικνύεται διαισθητικά στο σχήμα 3.

• 
  

• Δικροϊκό φίλτρο: Τύπος φίλτρου ικανός να μεταδίδει ή να αντανακλά επιλεκτικά το φως με βάση το μήκος κύματος (βλέπε σχήμα 4).Μεταδίδει ένα συγκεκριμένο εύρος μήκους κύματος ενώ αντανακλά ή απορροφά άλλα μήκη κύματοςΟ τύπος αυτός είναι πολύ κοινός σε εφαρμογές μακροδιαδρομής και σύντομης διαδρομής.

• 
  Σχήμα 4: Χαρακτηριστικά επικάλυψης διχρωικού φίλτρου.

• 
  

• 
  • 
    

  • Μακροκύκλωμα διακοπής (λcut-on): Για ένα φίλτρο Longpass, αυτό είναι το μήκος κύματος στο οποίο η διαπερατότητα φτάνει το 50%.

  • 

  • 
    Σχήμα 5: Μειωμένο μήκος κύματος για φίλτρο μακροδιασταύρωσης.

  • 
    

  • Μακροκύματα διακοπής (λcut-off): Για ένα φίλτρο μικρού διαστήματος, αυτό είναι το μήκος κύματος στο οποίο η διαπερατότητα πέφτει στο 50%.

  • 
    Σχήμα 6: μήκος κύματος διακοπής για φίλτρο μικρού διαστήματος.

  • 
    Το παράμετρο Cut-Off Wavelength είναι ιδιαίτερα σημαντικό κατά τη συζήτηση της απόδοσης των φίλτρων Shortpass.προσδιορίζεται ως λcut-off στο σχήμα 6, παρέχοντας βασικές πληροφορίες για την κατανόηση της απόδοσης του φίλτρου.

• 6.Τεχνολογίες κατασκευής φίλτρων
• 
  Απορροφητικά ή διχρωικά φίλτρα
• 
  
• Οπτικά φίλτραΗ βασική διαφορά έγκειται στον μηχανισμό φίλτρωσής τους.

• Απορροφητικά φίλτρα: Βασίζονται στις ιδιότητες απορρόφησης ενός υποστρώματος χρωματισμένου γυαλιού για να αποκλείσουν το φως. 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.

• Διχρωτικά φίλτρα (διαταραχές): Εργάζονται αντανακλώντας ανεπιθύμητα μήκη κύματος και μεταδίδοντας το επιθυμητό φασματικό τμήμα.Αυτός ο μηχανισμός είναι επιθυμητός σε εφαρμογές όπου το φως πρέπει να διαχωρίζεται από μήκος κύματος σε διαφορετικές διαδρομέςΤα φίλτρα αυτά λειτουργούν με τη χρήση λεπτών επικαλύψεων που αποτελούνται από στρώματα υλικών με διαφορετικούς δείκτες διάθλασης για να δημιουργήσουν εποικοδομητική και καταστροφική παρεμβολή των φωτεινών κυμάτων.

  • Μόνο συγκεκριμένα μήκη κύματος σε συγκεκριμένες γωνίες παρεμβαίνουν κατασκευαστικά για να περάσουν.Οι άλλοι παρεμβαίνουν καταστροφικά και αντικατοπτρίζονται (Σχήμα 7).

  • 
    Σχήμα 7: Πολυεπίπεδη δομή εναλλασσόμενων υλικών υψηλού και χαμηλού δείκτη διάθλασης που εναποτίθενται σε γυάλινο υπόστρωμα.

•  

  • Σε αντίθεση με τα απορροφητικά φίλτρα, τα διχρωικά φίλτρα είναι εξαιρετικά ευαίσθητα στη γωνία.Η αύξηση της γωνίας πρόσκρουσης μετατοπίζει τη μετάδοση του φίλτρου προς μικρότερα μήκη κύματος (e.π.χ., μπλε μετατόπιση), ενώ μειώνει τη γωνία μετατοπίζει προς μεγαλύτερα μήκη κύματος (π.χ., κόκκινη μετατόπιση).

• Κατασκευή φίλτρου διασταύρωσης ζώνης: Παραδοσιακή επικάλυψη έναντι σκληρής ψεκασμού (IAD)
• 
  Επικεντρώνεται τώρα σε διχρωικά φίλτρα ζώνης, που χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλές βιομηχανίες.

• Παραδοσιακή επικάλυψη (πολλαπλής κοιλότητας):Πολλαπλές στοιβάδες επίστρωσης (όπως η δομή στο σχήμα 7) τοποθετούνται σε διάφορα ξεχωριστά υποστρώματα.Για σύνθετα φίλτρα, οι στοίβες μπορεί να επαναληφθούν πολλές φορές (π.χ. 100+ στρώματα συνολικά ανά πλευρά).Η τεχνική αυτή οδηγεί σε παχύτερα φίλτρα με μειωμένη διαπερατότητα, επειδή το φως απορροφάται και/ή αντανακλάται σε κάθε διεπαφή υποστρώματος και στρώμα τσιμέντου..

• Δύναμη απορρόφηση με σκληρό σφουγγάρισμα / με βοήθεια ιόντων (IAD):Όλες οι απαιτούμενες στρώσεις επικάλυψης (συχνά άνω των 100 στρωμάτων ανά πλευρά) τοποθετούνται σε ένα μόνο υπόστρωμα.Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα λεπτότερο φίλτρο με σημαντικά υψηλότερη διάδοση, δεδομένου ότι το φως περνά μόνο μέσω ενός υποστρώματος και αποφεύγει τις απώλειες από τα στρώματα τσιμέντου.Τα οφέλη περιλαμβάνουν βελτιωμένη μετάδοση, βελτιωμένη περιβαλλοντική σταθερότητα και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

• 

• 
  Σχήμα 8: Σύγκριση παραδοσιακού φίλτρου (πολλαπλών υποστρωμάτων, τσιμεντοποιημένου) (αριστερά) έναντι σκληρού φίλτρου (μοναδικού υποστρώματος) (δεξιά).Η διαβίβαση του παραδοσιακού φίλτρου μειώνεται με την προσθήκη υποστρωμάτων και στρωμάτων τσιμέντουΤο φίλτρο με σκληρή ψεκασμό επιτυγχάνει μεγαλύτερη μετάδοση χρησιμοποιώντας ένα μόνο υπόστρωμα.

• Η κατανόηση αυτών των διαφορών παραγωγής είναι ζωτικής σημασίας κατά την επιλογή του κατάλληλου φίλτρου για μια εφαρμογή.
• 
  
• 7. Εισαγωγή και εφαρμογές διαφόρων τύπων φίλτρων
  Χρησιμοποιώντας τα φίλτρα Edmund Optics ως παράδειγμα, εδώ είναι μια σύντομη επισκόπηση των κοινών τύπων φίλτρων και των εφαρμογών τους:

• Φίλτρα ζώνης:Χαρακτηριστικό πολύ στενής ζώνης (π.χ. < 2nm, 10nm) ή ευρυζωνικής (π.χ. 50nm, 80nm) μετάδοσης σε όλο το υπόστρωμα.Η επιλογή των hard-sputtered (IAD) φίλτρων πέρασης ζώνης αυξάνει σημαντικά τη μέγιστη μετάδοση στο μήκος κύματος στόχου.

• Φίλτρα μακράς διέλευσης (LP):Μεταδίδει όλα τα μήκη κύματος μεγαλύτερα από ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος Cut-On (λcut-on).

• Φίλτρα σύντομης διέλευσης (SP):Μεταδίδει όλα τα μήκη κύματος μικρότερα από ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος Cut-Off (λcut-off).

• Υαλοπίνακα απορροφούμενου θερμότητας:Μεταδίδει ορατό φως ενώ απορροφά την υπέρυθρη ακτινοβολία.Χρησιμοποιείται σε αρχιτεκτονικές και αυτοκινητοβιομηχανικές εφαρμογές για θερμικό έλεγχοΛειτουργεί επίσης ως φίλτρο σύντομης διέλευσης.

• Κρύοι καθρέφτες:Τύπος διχρωικού φίλτρου που παρουσιάζει υψηλή αντανάκλαση στο ορατό φάσμα, διατηρώντας παράλληλα υψηλή μετάδοση στο υπέρυθρο (IR).Ιδανικό για εφαρμογές όπου η θερμότητα που παράγεται θα μπορούσε να προκαλέσει βλάβη ή δυσμενείς επιπτώσεις (e.γ. φωτισμός θερμοευαίσθητων δειγμάτων).

• Ζεστοί καθρέφτες:Τύπος διχρωικού φίλτρου που παρουσιάζει υψηλή αντανάκλαση στο υπέρυθρο (IR) φάσμα, διατηρώντας παράλληλα υψηλή μετάδοση στο ορατό.Χρησιμοποιείται ευρέως σε συστήματα προβολής και φωτισμού για την απομάκρυνση της θερμότητας.

• Φίλτρα διαχωρισμού:Σχεδιασμένο για τη μετάδοση όλων των μήκων κύματος, εκτός από μια προκαθορισμένη, εντελώς αποκλεισμένη ζώνη (η "χωματίδα"). Ιδανικό για την ακριβή αφαίρεση ενός μόνο μήκους κύματος λέιζερ ή στενής ζώνης από ένα οπτικό σύστημα.

• Φιλτράδες χρωματισμένου υποστρώματος (απορροφητικοί):Δημιουργούνται χρησιμοποιώντας επεξεργασία υποστρώματος (π.χ. βαμμένο γυαλί, πλαστικό).Οι άκρες μετάδοσης/απόκλεισης τους είναι λιγότερο κοφτερές από τα επικαλυμμένα φίλτρα, αλλά είναι ανευαίσθητες στη γωνία.

• Δικροϊκά φίλτρα:Χρησιμοποιείται για εφαρμογές όπως ο διαχωρισμός χρωμάτων ή ο συνδυασμός σε απεικόνιση.Πιο ευαίσθητα στη γωνία από τα απορροφητικά φίλτρα, αλλά γενικά λιγότερο ευαίσθητα από τα σύνθετα φίλτρα διαχωρισμού ζώνης/διαχωρισμού διαχωρισμού.

• Φίλτρα ουδέτερης πυκνότητας (ND):Σχεδιασμένα για την ομοιόμορφη εξασθένιση της έντασης του φωτός (στα UV, ορατά ή υπέρυθρα φάσματα) χωρίς σημαντική αλλαγή της φασματικής ισορροπίας.

  • Απορροφητικό ND: Δουλεύει απορροφώντας το μη μεταδιδόμενο φως.

  • Αντανακλαστικό ΝΔ: Δουλεύει αντανακλώντας το μη μεταδιδόμενο φως πίσω κατά μήκος της οδού της σύγκρουσης.Χρησιμοποιείται για την προστασία των φωτογραφικών μηχανών/ανιχνευτών από έντονο φως ή υπερεκτίμηση.