Optische Filter: ein Leitfaden

Licht ist eine Zusammensetzung auf elektromagnetischen Wellen mit verschiedener Wellenlänge. Sichtbares Licht beispielweise reicht vom UV Spektrum (kürzere Wellenlänge) bis zum IR Spektrum (längere Wellenlänge). Jeder Lichtstrahl kann in verschiedene Strahlen bestimmter Wellenlängen zerlegt werden.

In diesem Leitfaden finden Sie Einzelheiten über optische Filter und wie sie zur Manipulation von Lichtstraheln eingesetzt werden können.

Was sind Optische Filter?

Ein optisches Filter ist ein optisches Element, das ein einfallende Signal verändert. Das wird durch Reduzierung eines bestimmten Teils des Signals realisiert. Zu, Beispiel, indem es seine Intensität verringert oder es auf einen bestimmten Wellenlängenbereich oder eine bestimmte Polarisation beschränkt.

Ein optisches Filter wird oft mit einem Einfallswinkel (AOI) definiert. Die Anwendung des Filters unter einem anderen Winkel kann den Wert der Cut-on/Cut-off-Wellenlänge des Filters um einige nm verschieben.

Welche Arten von Optischen Filtern gibt es?

Nachfolgend finden Sie eine Auflistung der gängigsten optischen Filtern, die auf dem Markt erhältlich sind.

Bandpassfilter

Bandpassfilter werden verwendet, um eine Durchlässigkeit nur für einen Teil des Signals innerhalb eines vordefinierten schmalen Wellenlängenbandes zu realisieren. Das Signal innerhalb des Bandes hat in der Regel eine hohe Durchlässigkeit von etwa 90 %, während das Signal außerhalb des Bandes um einen Faktor von 10^4 (OD4) bis 10^10 (OD10) abgeschwächt wird.

Wichtige Faktoren bei der Auswahl eines Bandpassfilters sind die Toleranz der Mittelwellenlänge, die bestimmt, wo der Bandpass liegt, und die FWHM, die die Breite des Bandpasses bestimmt. Der FWHM-Wert hängt von der gewünschten Wellenlänge ab und kann bis zu 1 nm schmal sein, üblicher ist jedoch ein Wert von einigen zehn Nanometern.

Abkürzungen

• FWHM : FULL WIDTH at HALF MAXIMUM, Wert des Übertragungsbereichs, in dem die gemessene Übertragung die Hälfte des maximalen Übertragungswertes beträgt.

• CWL : CENTER WAVELENGTH, Mittelwert der (oft gaußförmigen) Übertragungsspitze.
• Tavg : Durchschnittliche Übertragung.

Langpass- und Kurzpassfilter

Langpass- und Kurzpassfilter blockieren jeweils die Übertragung vor oder nach einer bestimmten Wellenlänge. Bei einem Langpassfilter mit einer Wellenlänge von 850 nm zum Beispiel wird jedes Signal mit einer Wellenlänge unter 850 nm, einschließlich sichtbarem und UV-Licht, blockiert, während längere Wellenlängen wie IR-Licht durchgelassen werden.

Die wichtigsten Punkte bei einem Langpass- oder Kurzpassfilter sind:

• Transmissionswert vor oder nach der Cut-on/Cut-off-Wellenlänge
• OD der nicht durchgelassenen Wellenlänge (ausgedrückt in OD : Optical Density)
• Cut-on/Cut-off-Steilheit, in der Regel kleiner als 5 %. Definiert als die Steigung zwischen der Wellenlänge bei der Hälfte der Spitzentransmission und der Wellenlänge bei 1/10^4 der Spitzentransmission.
• Cut-on / Cut-off-Toleranz: Position der Wellenlänge bei 50 % der Spitzentransmission. In der Regel einige nm je nach Wellenlängenwert.

Benennung: von Langpass- und Kurzpassfiltern: Der Name enthält in der Regel einen Buchstaben (L & S), z. B. für Long oder Short, und einen Wert. Der Wert ist die nominelle Ein- oder Ausschaltwellenlänge bei 50 % Spitzentransmission.

Notchfilter

Notchfilter können als das Gegenteil von Bandpassfiltern definiert werden, sie sind quasi No-Pass-Bandfilter. Sie blockieren nur ein schmales Band der Wellenlänge, während sie die Übertragung der anderen Wellenlängen nicht beeinträchtigen.

Hot & Cold mirrors

Hot Mirrors sind Kurzpass-Spiegel, die die sichtbaren Wellenlängen durchlassen und die IR-Wellenlängen reflektieren.

Cold Mirrors sind Langpass-Spiegel, die die sichtbaren Wellenlängen reflektieren, aber die IR-Wellenlängen durchlassen.

Farbglasfilter

Diese Filter nutzen die inhärente Absorption oder Transmission der Materialeigenschaften, anstatt Störeffekte von Dünnfilmbeschichtungen

Das Rohmaterial für farbige Glasfilter kommt direkt vom Glashersteller. Sie können mit zusätzlichen Beschichtungen versehen werden, um ihre Eigenschaften zu verbessern, und sie können je nach Bedarf rund, quadratisch oder frei geformt werden.

Es gibt viele Anbieter dieser Materialien und daher auch viele Referenzen und Transmissionskurven. Es ist ratsam, in den Katalogen der Hersteller nachzuschlagen oder nach dem Material zu suchen, das den eigenen Transmissionsanforderungen am nächsten kommt.

Dichroitische Filter

Optische Filter, die zur Trennung der Farben eines Signals verwendet werden. Es gibt sie in Rot, Grün, Cyan, Gelb, Blau und Magenta.

ND Filter

ND steht für Neutral Density (Neutrale Dichte). ND Filter reduzieren die Intensität eines Signals insgesamt, ohne die relative Intensität der einzelnen Wellenlängen zu beeinflussen. Ein ND Filter wird durch seinen OD-Wert (Optical Density) definiert.

Ein ND 0,3 schwächt ein Signal mit einer Intensität von 10^0,3 um die Hälfte ab, während ein ND1 das Signal um den Faktor 10 abschwächt.

Beamsplitters

Strahlteiler werden verwendet, um ein Signal um ein bestimmtes Verhältnis in zwei unterschiedliche Signale aufzuteilen, in der Regel entsprechend ihrer Polarisation. Sie können als Würfel hergestellt werden, indem zwei doppelbrechende dreieckige Glasprismen auf ihre Hypotenuse geklebt werden, können aber auch andere Formen haben, wie Platten oder Keile mit speziellen Beschichtungen.

Wo können optische Filter gekauft werden?

Es gibt hauptsächlich zwei verschiedene Arten, Filter herzustellen: durch Absorption, meist Farbglasfilter, bei denen die Filterung direkt aus dem Rohmaterial erfolgt, oder Interferenzfilter, die durch mehrlagige Dünnschichtabscheidung auf einem Substrat hergestellt werden.

Das Rohmaterial für Farbglasfilter stammt von Herstellern optischer Gläser und kann von Lieferanten von Präzisionsoptiken weiterverarbeitet werden: Zuschneiden, Polieren, Anfasen.

Interferenzfilter werden in Beschichtungsbetrieben auf präzisionsoptischen Substraten hergestellt. Für diese Teile können sowohl Beschichtungsunternehmen als auch Lieferanten von Präzisionsoptiken kontaktiert werden, aber da die Qualität der Beschichtung der entscheidende Punkt ist, ist es besser, direkt mit den Beschichtungsunternehmen zu verhandeln.

Alternativ dazu bietet Sinoptix optische Filterlösungen an. Zögern Sie nicht, uns Ihre spezifische Anfrage zu schicken.