Товар добавлен в корзину
Перейти в корзину
Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования.
Резидент Технопарка ИТМО
+7 (812) 612-99-82
Санкт-Петербург
+7 (964) 442-90-01
Новосибирск
+7 (964) 442-90-01
Владивосток
8 (800) 551-57-49
Звонок бесплатный по РФ
Перезвоните мне
Оставьте заявку
Ru En
0
Каталог
Применение оптических компонентов

Обзор оптических фильтров

Описание
Компоненты

Оптические фильтры используются для выборочной передачи или блокировки определенных длин волн или диапазонов длин волн в оптических системах. Оптические фильтры идеальны для медико-биологических наук, обработки изображений, промышленности. Они могут применяться в флуоресцентной микроскопии, спектроскопии, химическом анализе и машинном зрении и т.д.

Основная терминология оптических фильтров

Несмотря на то, что фильтры имеют много таких же характеристик, как и у других оптических компонентов, существует ряд параметров, уникальных для фильтров, которые следует понимать, чтобы определить какой фильтр лучше всего подойдет для вашей задачи.

Центральная длина волны (Central Wavelength, CWL), используемая при определении полосовых фильтров, описывает среднюю точку спектральной ширины полосы пропускания фильтра. Традиционные оптические фильтры с покрытием, как правило, обеспечивают максимальное пропускание вблизи центральной длины волны. 

Полоса пропускания (Bandwidth) - это диапазон длин волн, используемый для обозначения определенной части спектра, которая пропускает падающую энергию через фильтр. Полоса пропускания также называется полная ширина на половине максимума (Full Width-Half Maximum, FWHM).

Полная ширина на половине максимума (Full Width-Half Maximum, FWHM) описывает спектральную полосу пропускания, в которой будет передавать полосовой фильтр. Верхний и нижний предел этой полосы пропускания определяется на длинах волн, на которых фильтр обеспечивает 50% максимальной передачи. 

FWHM 10 нм или меньше считаются узкополосными и часто используются для лазерной очистки и химического обнаружения. FWHM от 25 до 50 нм часто используются в приложениях машинного зрения. FHWM более 50 нм считаются широкополосными и обычно используются в приложениях флуоресцентной микроскопии. 

Иллюстрация центральной длины волны и полной ширины на половине максимума.jpg

Иллюстрация центральной длины волны и полной ширины на половине максимума


Диапазон блокировки (Blocking Range) - это интервал длин волн, используемый для обозначения спектральной области энергии, которая ослабляется фильтром. Степень блокирования обычно определяется оптической плотностью.

Иллюстрация диапазона блокировки.jpg

Иллюстрация диапазона блокировки


Оптическая плотность (Optical Density, OD) описывает количество энергии, заблокированной или отклоненной фильтром. Высокое значение оптической плотности указывает на низкую передачу, а низкая оптическая плотность указывает на высокую передачу. 

Оптическая плотность, равная 6 или выше, используется для экстремальных блокирующих задач, таких как рамановская спектроскопия или флуоресцентная микроскопия

Оптическая плотность 3,0–4,0 идеально подходит для лазерного разделения и блокировки, машинного зрения и химического обнаружения, а оптическая плотность 2,0 или менее идеальна для сортировки по цвету и разделения спектральных порядков.

Иллюстрация оптической плотности.jpg

Иллюстрация оптической плотности


В длиннопроходных (longpass) и короткопроходных (shortpass) фильтрах свет определенного диапазона длин волн пропускается, в то время как свет другого диапазона отражается или поглощается.

Изображение покрытия дихроичного фильтра.jpg

Изображение покрытия дихроичного фильтра


Длина волны отсечки (Cut-On Wavelength) - это термин, используемый для обозначения длины волны, при которой передача увеличивается до 50% пропускной способности в длиннопроходном фильтре. Длина волны отсечки обозначена значком λcut-on на рисунке ниже.

Иллюстрация длины волны отсечки (Cut-On Wavelength).jpg

Иллюстрация длины волны отсечки (Cut-On Wavelength)


Длина волны отсечки (Cut-Off Wavelength) - это термин, используемый для обозначения длины волны, на которой пропускание уменьшается до 50% пропускной способности в короткопроходном фильтре. Длина волны отсечки обозначена λcut-off на рисунке ниже.


Иллюстрация длины волны отсечки (Cut-Off Wavelength).jpg

Иллюстрация длины волны отсечки (Cut-Off Wavelength)


Примеры применений

Отображение соответствия цветов

Монохромные камеры не могут различать разные цвета, однако добавление цветного фильтра значительно увеличивает контраст между объектами. Рассмотрим пример, когда монохромная камера снимает две красные и две зеленые таблетки. На рисунках a - d показаны реальные изображения исследуемого образца и различные изображения с использованием цветных фильтров. 

Очевидно, что без фильтра (рис. b) монохромная камера не может различить красный и зеленый цвет. Когда используется красный фильтр (рис. c), объекты противоположного цвета (зеленые таблетки) кажутся серыми из-за повышенной контрастности изображения и могут быть легко отличимы от красных таблеток. И наоборот, когда используется зеленый фильтр (рис. d), красные таблетки выглядят серыми.

Пример использования цветных фильтров для повышения контрастности.jpg

Пример использования цветных фильтров для повышения контрастности:

a) исследуемый образец; b) без фильтра; c) красный фильтр; d) зеленый фильтр


Рамановская спектроскопия

 Результат исследования, полученный с использованием спектроскопии комбинационного рассеяния света может быть значительно улучшен за счет использования нескольких фильтров: полосовых фильтров лазерной линии, режекторных фильтров, или длинноволновых фильтров лазерной линии. 

Для достижения наилучших результатов стоит использовать фильтры с шириной полосы до 1,2 нм и оптической плотностью OD 6.0. Полосовой фильтр лазерной линии помещается на оптическом пути между лазером и образцом. Это гарантирует, что любой внешний окружающий свет блокируется, и пропускается только длина волны лазерной линии. После того, как свет падает на образец, он смещается из-за комбинационного рассеяния света и содержит много мод или сигналов низкой интенсивности. Следовательно, становится очень важно блокировать лазерный свет высокой интенсивности с помощью режекторного фильтра, центрированного как можно ближе к длине волны лазера. Если режимы рамановского возбуждения возникают очень близко к лазерной линии, то в качестве эффективной альтернативы можно использовать длинноволновой фильтр лазерной линии. 

Пример установки для рамановской спектроскопии.jpg

Пример установки для рамановской спектроскопии


Оптические фильтры встречаются почти во всех сферах оптики, обработки изображений и фотоники. Понимание методов изготовления оптических фильтров, ключевой терминологии и типов фильтров поможет подобрать лучший фильтр для любой установки.



Типы оптических фильтров

Чтобы помочь понять сходства и различия между большим разнообразием оптических фильтров, доступных сегодня, рассмотрим несколько наиболее популярных типов.

Однополосные фильтры
Многополосные полосовые оптические фильтры
Краевые оптические фильтры
Режекторные фильтры
Перестраиваемые полосовые оптические фильтры
Дихроичные фильтры
Нейтральные фильтры
Цветные фильтры
+ Еще 5

Однополосные фильтры

Полосовые фильтры (Bandpass filters) имеют либо одну узкую полосу пропускания, либо одну широкую. Однополосные полосовые фильтры пропускают определенную полосу длин волн, блокируя длины волн по обе стороны от этой полосы.  Эти фильтры особенно чувствительны к углу наклона, поэтому следует соблюдать осторожность при их установке и размещении в оптической системе.

Компания Semrock предлагает широкий ассортимент высокопроизводительных однополосных фильтров для работы в широком спектральном диапазоне. Данные элементы широко используются в спектроскопии и микроскопии.

    Пропускание Центральная длина волны FWHM
однополосный фильтр MaxLamp.jpg

Hg01-254-25 - Однополосный фильтр для выделения линий ртутной лампы MaxLamp™

Tavg >65% 244 – 256 нм
250 нм 
15.2 нм @250 нм
однополосный фильтр BrightLine.jpg

FF01-719/60-25 - Однополосный фильтр 719/60 нм серии BrightLine®

 Tavg > 93%  688.5 – 748.5 нм 

 718.5 нм

69.6 нм


Многополосные полосовые оптические фильтры

Многополосные полосовые оптические фильтры (Multiband Bandpass Optical Filters) - пропускают несколько определенных полос длин волн, вне полос пропускания излучение надежно блокируется.

    Пропускание Центральная длина волны FWHM
Многополосный фильтр BrightLine.jpg

FF01-432/515/595/681/809-25 - Многополосный фильтр серии BrightLine®

414– 450  нм @Tabs > 93%; 499.5 – 530 нм @Tabs > 93%; 580 – 611 нм @Tabs > 93%; 661 – 701 нм @Tabs > 93%; 768.5 – 849.5 нм @Tabs > 93%
432 нм; 515 нм; 595 нм; 681 нм; 809 нм
39.7 нм (тип.); 33.8 нм (тип.); 34.8  нм (тип.); 43.8 нм (тип.); 87.5 нм (тип.)
многополосный фильтр BrightLine 2.jpg

FF01-524/628-25 - Многополосный фильтр серии BrightLine®

509.5 – 538.5 нм @Tavg > 90%; 611.5 – 644.5 нм @Tavg > 90% 

524 нм;  628 нм

32.6 нм (тип.);  37.3 нм (тип.)


Краевые оптические фильтры

Краевые фильтры блокируют все длины волн спектрального диапазона до или после длины волны среза в зависимости от типа фильтра. Длинноволновые фильтры (Longpass filters) пропускают длину волны, превышающую заданный предел длины волны, и блокируют более короткие длины волн. Коротковолновые фильтры (Shortpass filters) противоположны и пропускают более короткие волны.

    Пропускание Центральная длина волны отсечки (край полосы пропускания)  Полоса подавления (блокировки) 
длинноволновый фильтр 488 нм.jpg

BLP01-488R-25 - Краевой длинноволновый фильтр 488 нм серии EdgeBasic™

504.7 – 900 нм (Tavg >93%)
500 нм
ODavg > 5 270– 388.8 нм; ODabs > 6 388.8-491 нм
длинноволновый фильтр 1064 нм.jpg

LP02-1064RE-25 - Краевой длинноволновый фильтр 1064 нм серии RazorEdge®

1070.9 – 2000 нм (Tavg > 93%) 

      1067.1 нм

ODabs > 6 1064 нм; ODavg > 6  852-1064 нм (тип.)


Режекторные фильтры

Противоположность полосовому фильтру - режекторный фильтр или полосно-заграждающий (Notch Filter), который блокирует одну определенную (или несколько) полос длин волн и пропускает все другие длины волн в пределах рабочего диапазона фильтра. Такие фильтры отлично подходят для применений, в которых необходимо полностью избавится от спектральной линии лазера и при этом пропустить как можно больше света других источников.

    Длина волны лазера Полоса блокировки 
блокирующий фильтр 785 нм.jpg

NF03-785E-25 - Однополосный блокирующий фильтр 785 нм серии StopLine®

785 нм
39 нм (тип.) (ODabs > 6 @785 нм)
Блокирующий фильтр 532 нм.jpg

Блокирующий фильтр 532 нм серии StopLine®

532 нм

17 нм (тип.) (ODabs > 6 @532 нм)
 Многополосный блокирующий фильтр.jpg  NF01-488/647-25x5.0 - Многополосный блокирующий фильтр серии StopLine®      488 нм; 647.1 нм

Полоса блокировки 488 нм @ODabs > 6; 647 нм @ODabs > 6



Перестраиваемые полосовые оптические фильтры

Перестраиваемые полосовые оптические фильтры (Tunable Bandpass Optical Filters) обладают перестраиваемой центральной длиной волны пропускания. Перестройка длины волны происходит в достаточно широком спектральном диапазоне за счет изменения угла падения без значительных трансформаций спектральных характеристик.

Представленные оптические элементы идеально подходят для флуоресцентного анализа и визуализации, спектроскопии и гиперспектральной визуализации.

    Пропускание Центральная длина волны FWHM
Перестраиваемый фильтр 628,14 нм.jpg

TBP01-628/14-25x36 - Перестраиваемый фильтр 628/14 нм VersaChrome®

Tavg > 90%; Tavg > 85%  (60°) 
627.7 нм (мин.); 561 нм (макс.)
20 нм
Перестраиваемый фильтр 900, 11 нм.jpg

TBP01-900/11-25x36 - Перестраиваемый фильтр 900/11 нм VersaChrome®

Tavg > 90%;  Tavg > 85%  (60°) 

900 нм (мин.); 787 нм (макс.)

20 нм


Дихроичные фильтры

Дихроичный фильтр (Dichroic Beamsplitter) - оптический элемент, разделяющий световой поток на проходящий и отраженный с заданным соотношением интенсивностей. Дихроичные фильтры покрыты тонкими пленками для достижения желаемого процента пропускания и отражения в заданном спектре. Их часто используют в качестве цветных фильтров (как аддитивных, так и вычитающих). Дихроичные фильтры чувствительны к углу, но гораздо более снисходительны, чем интерференционные фильтры.

    Полоса пропускания Угол падения Краевая длина волны 
Дихроичный фильтр серии BrightLine.png

LPD02-488RU-25 - Дихроичный фильтр серии BrightLine® с краем на 488 нм

494.3 – 756.4 нм @ Tavg > 93% 
45° 
492.8 нм
Многополосный дихроичный фильтр.jpg

Di01-R405/488/561/635/800-t1-25x36 - Многополосный дихроичный фильтр

425 – 470 нм @ Tavg > 92%;  508 – 540 нм @ Tavg > 92%;  583 – 615 нм @ Tavg > 92%;  671 – 725 нм @ Tavg > 92%

45° (40°-50°)

420 нм; 501 нм; 577 нм; 662 нм; 735 нм


Нейтральные фильтры

Фильтры нейтральной плотности (Neutral Density Filters, ND) предназначены для равномерного уменьшения пропускания через часть определенного спектра. Есть два типа нейтральных фильтров: поглощающие и отражающие. Поглощающий тип поглощает свет, который не проходит через фильтр, тогда как отражающий тип отражает его обратно в направлении, с которого он падал. ND-фильтры часто используются для предотвращения засветки камер и других детекторов.

    Материал Плоскостность поверхности 
Нейтральные отражающие фильтры.jpg

Нейтральные отражающие фильтры

стекло нейтральной оптической плотности
< λ при 632.8 нм
Нейтральный абсорбционный фильтр.jpg

Нейтральный абсорбционный фильтр

стекло нейтральной оптической плотности

< λ при 632.8 нм



Цветные фильтры

Свойства затухания цветных стеклянных фильтров (Colored glass filters) основаны на поглощении, зависящем от длины волны. Поэтому эти фильтры также известны как поглощающие стекла. Уровень внутриполосной передачи и блокировки зависит от эффективной толщины фильтра и не зависит от угла падения. Фильтры из цветного стекла являются привлекательным и экономичным выбором для приложений с излучение невысокой мощности.

Благодаря своей низкой стоимости, цветные стеклянные фильтры используются во многих оптических системах и устройствах, например, в защитных очках, при проведении различных промышленных измерений, для защиты окружающей среды и т.д.

    Материал Плоскостность поверхности 
Цветные стеклянные фильтры.jpg

Цветные стеклянные фильтры

стекло марки Schott или аналогичное
< λ при 632.8 нм


Вам также понадобятся:
Держатели оптики
Оправы
Регулируемые держатели оптики
Базы, крепления, аксессуары
Связаться с инженером Бесплатный звонок