Оптические фильтры

Введение: Что такое оптические фильтры

Оптический фильтр — это оптический компонент, который избирательно пропускает определённый диапазон длин волн света, одновременно поглощая или отражая оставшуюся часть спектра. Оптические фильтры находят широкое применение, например, для защиты глаз от опасного излучения в составе защитных очков для лазеров, а также для отделения фонового шума от сигнала флуоресценции в флуоресцентных микроскопах и др. Существует также множество видов оптических фильтров, что может вызывать путаницу. Поэтому важно изучить характеристики различных типов оптических фильтров, их преимущества, принцип работы и области применения перед принятием решения.

Принцип работы оптических фильтров заключается в нанесении различных видов покрытий или красителей на подложку фильтра, благодаря чему оптическая среда становится поглощающей или отражающей определённые диапазоны длин волн или конкретную линию длины волны. Общей характеристикой оптических фильтров является то, что все они ослабляют интенсивность света, поскольку часть света поглощается или рассеивается, что приводит к снижению светопропускания и, как следствие, к уменьшению яркости.

Типы оптических фильтров:

Оптические фильтры можно классифицировать по разным признакам.

По передаваемому спектру оптические фильтры делятся на: УФ-фильтры, видимые фильтры, ИК-фильтры, каждый из которых пропускает заданную часть спектра.

По принципу действия оптические фильтры делятся на поглощающие фильтры, интерференционные фильтры, поляризационные фильтры и др. Ниже описаны принципы их работы:

Поглощающие фильтры используют внутреннее поглощение материала, такого как полупроводник, металл или примеси ионов в материале. Эти фильтры поглощают определённые длины волн электромагнитного излучения. Однако, поскольку нежелательная часть света поглощается, такие фильтры подвержены тепловому повреждению и поэтому не подходят для высокомощных применений.

Интерференционные фильтры используют явление интерференции для фильтрации света. На фильтры наносятся диэлектрические покрытия. Когда падающий свет входит в покрытие, происходит интерференция, и определённые длины волн устраняются. С помощью проектирования тонкоплёночных покрытий можно получить краевые фильтры, фильтры нижних и верхних частот, полосовые фильтры, режекторные фильтры и др. Поскольку ненужная часть света устраняется интерференцией, такие фильтры могут выдерживать высокие плотности мощности.

Поляризационные фильтры пропускают только свет с определённой поляризацией. Принцип работы аналогичен поляризаторам. Они преобразуют неполяризованный свет в поляризованный, пропуская только свет, совпадающий по направлению поляризации с фильтром.

По форме кривой пропускания оптические фильтры можно разделить на полосовые фильтры, режекторные фильтры, дихроичные фильтры, нейтральные плотностные фильтры, фильтры лазерных линий и др. Их характеристики и отличия приведены ниже.

Полосовой фильтр пропускает свет в определённой полосе длин волн, в то время как свет за пределами этой полосы блокируется. Основными параметрами являются центральная длина волны (CWL) и полная ширина на полувысоте (FWHM). Полоса пропускания может находиться в УФ, видимой или ИК области спектра. Фильтры с полосой менее 30 нм называются узкополосными, а более 60 нм — широкополосными.

Режекторный фильтр, также известный как полосозаградительный или полосоотсекательный фильтр, разделяет спектр на участки, блокируя свет в определённом диапазоне длин волн, называемом полосой заграждения, при этом пропуская свет выше и ниже этой полосы. Режекторный фильтр можно рассматривать как обратный полосовому фильтру. Также такие фильтры делятся на коротковолновые (пропускают только коротковолновой свет) и длинноволновые фильтры (пропускают только длинноволновой свет).

Рисунок 1 и 2. Кривая пропускания режекторных фильтров. Форма кривой пропускания является обратной к полосовым фильтрам.

Дихроичный фильтр пропускает узкий диапазон длин волн, отражая другие цвета. Работает по принципу интерференции в тонких плёнках, создавая цвета, аналогично пленке масла на воде. Разница в длинах световых путей вызывает интерференцию и создаёт видимые цвета. Дихроичный зеркальный фильтр с длинноволновым отсечением отражает свет ниже длины волны отсечки и пропускает выше, а коротковолновый фильтр работает наоборот. Такие фильтры применяются для управления теплом/УФ, разделения цветов и коррекции цвета LED. Они обладают лучшими характеристиками фильтрации, более долгим сроком службы и устойчивы к высоким температурам (сотни градусов Цельсия).

Нейтральный плотностной фильтр — это фильтр, который равномерно уменьшает интенсивность всех длин волн света, не влияя на цветопередачу.

Фильтры лазерных линий — это оптические фильтры, предназначенные для пропускания узкого диапазона длин волн с пиком пропускания на длине волны лазера.

Применение оптических фильтров:

В фотографии:

Оптические фильтры могут использоваться для увеличения контрастности сцены, повышения качества изображения за счёт снижения шума. Нейтральные плотностные фильтры (ND) применяются для уменьшения количества света, попадающего в объектив, что позволяет фотографам гибко выбирать размер диафрагмы, выдержку и экспозицию для достижения желаемой глубины резкости, чего невозможно достичь без ND фильтра.

Медицинское и научное оборудование:

Оптические фильтры используются в биохимическом анализе, например, в приборах для иммуноферментного анализа, где фильтры размещаются между источником лазера и образцом, а также между образцом и детектором, чтобы выбрать соответствующую длину волны.

Рисунок 3. Узкополосные фильтры для иммуноферментных анализаторов от Hangzhou Shalom EO

Освещение:

Дихроичные фильтры могут использоваться в RGB-световых шоу, светодиодах и CCD-изображении благодаря своей способности разделять цвета.

Лазеры:

Оптические фильтры, такие как фильтры лазерных линий, могут использоваться для выделения желаемой длины волны лазера из фонового шума, а также как фильтры внутри лазеров для настройки длины волны и подавления нежелательных длин волн.

Заключение:

Широкий выбор оптических фильтров требует тщательной оценки различных аспектов при выборе подходящего. Следует учитывать функции, стоимость производства и способность выдерживать высокие мощности или суровые условия эксплуатации. Hangzhou Shalom EO является профессиональным поставщиком оптических фильтров и предлагает полный ассортимент, включая полосовые фильтры, нейтральные плотностные фильтры, дихроичные фильтры, режекторные фильтры, окрашенные стеклянные поглощающие фильтры, ИК-фильтры, фильтры лазерных линий. Фильтры доступны как из наличия, так и на заказ. Мы поставляем оптические фильтры с высоким соотношением цена/качество и гарантированным качеством.

Tags: Оптические фильтры

---