Оптический фильтр

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Поиск источников:  «Оптический фильтр»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( декабрь 2009 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Цветные фильтры и фильтры нейтральной плотности

Наборные футляры фильтров Кокина

Оптический фильтр представляет собой устройство , которое выборочно передает зажигать различные длины волн , обычно реализуются в виде плоскости стекла или пластиковое устройство в оптическом пути , которые либо окрашенной в массе или иметь интерференционные покрытия. Эти оптические свойства фильтров полностью описываются их частотной характеристикой , которая определяет , как величина и фаза каждого частотного компонента входящего сигнала модифицируют с помощью фильтра. ^[1]

Фильтры в основном относятся к одной из двух категорий. Самым простым физически является абсорбционный фильтр; затем есть интерференционные или дихроичные фильтры . Многие оптические фильтры используются для формирования оптических изображений и производятся прозрачными ; некоторые, используемые для источников света, могут быть полупрозрачными .

Оптические фильтры избирательно пропускают свет в определенном диапазоне длин волн , то есть цветов , поглощая при этом остальную часть. Обычно они могут пропускать только длинные волны (longpass), только короткие длины волн (shortpass) или полосу длин волн, блокируя как более длинные, так и короткие волны (bandpass). Полоса пропускания может быть уже или шире; переход или отсечка между максимальной и минимальной передачей может быть резким или постепенным. Существуют фильтры с более сложной характеристикой пропускания, например, с двумя пиками, а не с одной полосой; ^[2] это более старые дизайны, традиционно используемые для фотографии; для научно-технических работ используются фильтры с более штатными характеристиками. ^[3]

Оптические фильтры обычно используются в фотографии (где иногда используются некоторые фильтры со специальными эффектами, а также поглощающие фильтры), во многих оптических приборах и для цветного освещения сцены . В астрономии оптические фильтры используются для ограничения света, проходящего в интересующей спектральной полосе, например, для изучения инфракрасного излучения без видимого света, который может воздействовать на пленку или датчики и подавлять желаемый инфракрасный свет. Оптические фильтры также необходимы для флуоресцентных применений, таких как флуоресцентная микроскопия и флуоресцентная спектроскопия .

Фотографические фильтры - это частный случай оптических фильтров, и здесь применима большая часть материала. Фотографические фильтры не нуждаются в точно контролируемых оптических свойствах и точно определенных кривых пропускания фильтров, разработанных для научных исследований, и продаются в больших количествах по соответственно более низким ценам, чем многие лабораторные фильтры. Некоторые фильтры с фотографическими эффектами, например, звездные фильтры, не имеют отношения к научной работе.

Измерение [ править ]

Как правило, данный оптический фильтр пропускает определенный процент входящего света при изменении длины волны. Это измеряется с помощью спектрофотометра . Как линейный материал, поглощение для каждой длины волны не зависит от наличия других длин волн. Очень немногие материалы являются нелинейными , а коэффициент пропускания зависит от интенсивности и комбинации длин волн падающего света. Прозрачные флуоресцентные материалы могут работать как оптический фильтр со спектром поглощения , а также как источник света со спектром излучения .

Также, как правило, поглощается непропускаемый свет ; при интенсивном освещении это может привести к значительному нагреву фильтра. Однако оптический термин « поглощение» относится к ослаблению падающего света, независимо от механизма, с помощью которого он ослабляется. Некоторые фильтры, такие как зеркала , интерференционные фильтры или металлические сетки, отражают или рассеивают большую часть непроходящего света.

( Безразмерная ) оптическая плотность фильтра на определенной длине волны света определяется как

${\ displaystyle - \ log _ {10} T,}$

где T - (безразмерный) коэффициент пропускания фильтра на этой длине волны.

Впитывающий [ править ]

Сначала оптическая фильтрация была сделана с помощью заполненных жидкостью ячеек со стеклянными стенками; ^{[ необходима цитата ]} они по-прежнему используются для специальных целей. Самый широкий диапазон выбора цвета теперь доступен в виде цветных пленочных фильтров, первоначально сделанных из желатина животного происхождения, но теперь обычно из термопласта, такого как ацетат , акрил , поликарбонат или полиэстер, в зависимости от области применения. Они были стандартизированы для фотографического использования Wratten в начале 20-го века, а также производителями цветного геля для использования в театрах .

Есть в настоящее время многие абсорбирующие фильтры , изготовленные из стекла , к которому различные неорганические или органические соединения ^{[ править ]} были добавлены. Цветные стеклянные оптические фильтры, хотя их сложнее изготовить в соответствии с точными характеристиками пропускания, после изготовления более долговечны и стабильны. ^{[ необходима цитата ]}

Дихроичный фильтр [ править ]

В качестве альтернативы, дихроичные фильтры (также называемые «отражающими», «тонкопленочными» или «интерференционными» фильтрами) могут быть изготовлены путем нанесения на стеклянную подложку ряда оптических покрытий . Дихроичные фильтры обычно отражают нежелательную часть света и пропускают остаток.

Дихроичные фильтры используют принцип интерференции . Их слои образуют последовательный ряд отражающих полостей, резонирующих с желаемыми длинами волн. Волны других длин разрушительно нейтрализуют или отражают, поскольку пики и впадины волн перекрываются.

Дихроичные фильтры особенно подходят для точной научной работы, поскольку их точный цветовой диапазон может контролироваться толщиной и последовательностью покрытий. Обычно они намного дороже и нежнее абсорбционных фильтров.

Они могут быть использованы в таких устройствах, как дихроичная призма о наличии камеры , чтобы отделить луч света в различные цветных компоненты.

Основным научным прибором этого типа является интерферометр Фабри – Перо . В нем используются два зеркала для создания резонатора. Он пропускает волны с длиной, кратной резонансной частоте полости.

Эталоны - еще одна разновидность: прозрачные кубы или волокна, полированные концы которых образуют зеркала, настроенные так, чтобы резонировать с определенными длинами волн. Они часто используются для разделения каналов в телекоммуникационных сетях, которые используют мультиплексирование с разделением по длине волны на оптических волокнах большой протяженности .

Монохроматический [ править ]

Монохроматические фильтры пропускают только узкий диапазон длин волн (по сути, один цвет).

Инфракрасный [ править ]

Термин «инфракрасный фильтр» может быть неоднозначным, поскольку он может применяться к фильтрам для пропускания инфракрасного излучения (блокирование других длин волн) или блокирования инфракрасного излучения (только).

Фильтры, пропускающие инфракрасное излучение, используются, чтобы блокировать видимый свет, но пропускают инфракрасный свет; они используются, например, в инфракрасной фотографии .

Инфракрасные отсечные фильтры предназначены для блокирования или отражения инфракрасных волн, но пропускают видимый свет. Фильтры среднего инфракрасного диапазона часто используются в качестве теплопоглощающих фильтров в устройствах с яркими лампами накаливания (например, в слайд- проекторах и проекторах ) для предотвращения нежелательного нагрева из-за инфракрасного излучения. Существуют также фильтры, которые используются в твердотельных видеокамерах для блокировки ИК-излучения из-за высокой чувствительности многих датчиков камеры к нежелательному ближнему инфракрасному свету.

Ультрафиолет [ править ]

Ультрафиолетовые (УФ) фильтры блокируют ультрафиолетовое излучение, но пропускают видимый свет. Поскольку фотопленка и цифровые датчики чувствительны к ультрафиолету (которого много в просвете), а человеческий глаз - нет, такой свет, если он не отфильтрован, сделает фотографии отличными от сцены, видимой для людей, например, делая изображения отдаленных горы кажутся неестественно туманными. Фильтр, блокирующий ультрафиолетовое излучение, приближает изображения к внешнему виду сцены.

Как и в случае с инфракрасными фильтрами, существует потенциальная двусмысленность между фильтрами, блокирующими УФ-излучение, и фильтрами, пропускающими УФ-лучи; последние гораздо реже и чаще известны как пропускающие УФ-фильтры и полосовые УФ-фильтры. ^[4]

Нейтральная плотность [ править ]

Фильтры нейтральной плотности (ND) имеют постоянное затухание в диапазоне видимых длин волн и используются для уменьшения интенсивности света путем отражения или поглощения его части. Они определяются с помощью оптической плотности (OD) фильтра, который является отрицательным из общего логарифма от коэффициента передачи . Они полезны для увеличения фотографической выдержки. Практический пример - размытие изображения водопада при его съемке при ярком свете. В качестве альтернативы фотограф может захотеть использовать большую диафрагму (чтобы ограничить глубину резкости).); добавление фильтра ND позволяет это. ND-фильтры могут быть отражающими (в этом случае они выглядят как частично отражающие зеркала) или поглощающими (выглядят серыми или черными).

Longpass [ править ]

Длиннопроходный (LP) фильтр - это оптический интерференционный фильтр или фильтр из цветного стекла, который ослабляет более короткие волны и передает (пропускает) более длинные волны в активном диапазоне целевого спектра (ультрафиолетовом, видимом или инфракрасном). Длиннопроходные фильтры, которые могут иметь очень крутой наклон (называемые краевыми фильтрами), описываются длиной волны отсечки при 50% пикового пропускания. В флуоресцентной микроскопии длинные фильтры часто используются в дихроичных зеркалах и барьерных (эмиссионных) фильтрах. Использование более старого термина «фильтр нижних частот» для описания длиннопроходных фильтров стало необычным; фильтры обычно описываются с точки зрения длины волны, а не частоты, и « фильтр нижних частот » без уточнения будет пониматься как электронный фильтр .

Band-pass [ править ]

Полосовые фильтры пропускают только определенный диапазон длин волн и блокируют другие. Ширина такого фильтра выражается в диапазоне длин волн, который он пропускает, и может быть любой - от намного меньшего Ангстрема до нескольких сотен нанометров. Такой фильтр можно создать, комбинируя LP- и SP-фильтр.

Примерами полосовых фильтров являются фильтр Лио и интерферометр Фабри – Перо . Оба этих фильтра также можно сделать настраиваемыми, так что центральная длина волны может быть выбрана пользователем. Полосовые фильтры часто используются в астрономии, когда нужно наблюдать определенный процесс с определенными связанными спектральными линиями . Dutch Open Telescope ^[5] и шведский солнечный телескоп ^[6] являются примерами, в которых используются Лио и Фабри-Перо фильтры.

Шортпасс [ править ]

Фильтр короткого прохода (SP) - это оптический интерференционный фильтр или фильтр из цветного стекла, который ослабляет более длинные волны и передает (пропускает) более короткие волны в активном диапазоне целевого спектра (обычно в ультрафиолетовой и видимой областях). В флуоресцентной микроскопии короткие фильтры часто используются в дихроматических зеркалах и фильтрах возбуждения.

Резонансные фильтры с управляемым режимом [ править ]

Относительно новый класс фильтров, представленный примерно в 1990 году. Эти фильтры обычно являются фильтрами отражения, то есть режекторными фильтрами при передаче. Они состоят в своей основной форме из волновода-подложки и субволновой решетки или двумерной матрицы отверстий. Такие фильтры обычно прозрачны, но когда возбуждается мода волновода с утечками, они становятся сильно отражающими (рекорд более 99% экспериментально) для конкретной поляризации., угловые ориентации и диапазон длин волн. Параметры фильтров определяются правильным выбором параметров решетки. Преимущество таких фильтров заключается в небольшом количестве слоев, необходимых для фильтров со сверхузкой полосой пропускания (в отличие от дихроичных фильтров), и потенциальной развязке между спектральной полосой пропускания и угловым допуском при возбуждении более чем одной моды.

Металлические сетчатые фильтры [ править ]

Фильтры для субмиллиметровых и ближних инфракрасных длин волн в астрономии представляют собой металлические сетки , которые сложены вместе, чтобы сформировать фильтры LP, BP и SP для этих длин волн.

Поляризатор [ править ]

Другой тип оптического фильтра - поляризатор или поляризационный фильтр, который блокирует или пропускает свет в соответствии с его поляризацией . Они часто изготавливаются из таких материалов, как Polaroid, и используются для солнцезащитных очков и фотографии . Отражения, особенно от воды и мокрых дорожных покрытий, частично поляризованы, а поляризованные солнцезащитные очки блокируют часть этого отраженного света, позволяя рыболовудля лучшего обзора под поверхностью воды и лучшего обзора для водителя. Свет от чистого голубого неба также поляризован, и в цветной фотографии используются регулируемые фильтры для затемнения неба без изменения цвета других объектов, а также в цветной и черно-белой фотографии для управления зеркальными отражениями от объектов и объектов. вода. Намного старше, чем gmrf (чуть выше), эти первые (а некоторые до сих пор) используют мелкую сетку, встроенную в объектив.

Поляризованные фильтры также используются для просмотра определенных типов стереограмм , так что каждый глаз будет видеть отдельное изображение из одного источника.

Дуговая сварка [ править ]

Источник дуги излучает видимый свет, который может быть вредным для глаз человека. Следовательно, оптические фильтры на сварочных шлемах должны соответствовать ANSI Z87: 1 (спецификация защитных очков) для защиты зрения человека.

Некоторыми примерами фильтров, которые могли бы обеспечить такую ​​фильтрацию, могут быть земные элементы, встроенные или покрытые стеклом, но практически невозможно осуществить идеальную фильтрацию. Идеальный фильтр удалит отдельные волны и оставит много света, чтобы рабочий мог видеть, над чем он работает.

Клин фильтр [ править ]

Клиновой фильтр - это оптический фильтр, сконструированный так, что его толщина изменяется непрерывно или ступенчато в форме клина. Фильтр используется для изменения распределения интенсивности в пучке излучения. Он также известен как фильтр с линейной переменной (LVF). Он используется в различных оптических датчиках, где требуется разделение длин волн, например, в гиперспектральных датчиках. ^[7]

См. Также [ править ]

• Фильтр сглаживания
• Астрономический фильтр
• Атомный линейный фильтр
• Дихроичная призма
• Фильтр (обработка сигнала)
• Фильтр-флуориметр
• Фильтр Лио
• Фотографический фильтр
• Фотометрическая система
• Теплый фильтр

Ссылки [ править ]