انواع فیلترها و مشخصات کلیدی

انواع فیلترها و مشخصات کلیدی

در اصل فیلترهای نوری را می توان به چند نوع تقسیم کرد که در زیر به معرفی انواع مختلف فیلترهای نوری می پردازیم.

1. فیلتر جذبی: فیلتر جذبی از مخلوط کردن رنگ های مخصوص به مواد رزین یا شیشه ساخته می شود.با توجه به توانایی جذب نور با طول موج های مختلف، می تواند نقش فیلتر را ایفا کند.فیلترهای شیشه ای رنگی بیشترین کاربرد را در بازار دارند.مزایای آن پایدار، یکنواخت، کیفیت پرتو خوب و هزینه ساخت کم است، اما نقطه ضعف آن باند نسبتاً بزرگ است که به ندرت کمتر از 30 نانومتر است.

2. فیلتر تداخل: فیلتر تداخل روش پوشش خلاء را اتخاذ می کند و لایه ای از فیلم نوری با ضخامت خاص روی سطح شیشه پوشانده می شود.معمولاً یک تکه شیشه از فیلم‌های چند لایه ساخته می‌شود و از اصل تداخل برای دستیابی به امواج نور در یک محدوده طیفی خاص عبور می‌کند.انواع مختلفی از فیلترهای تداخلی وجود دارد و زمینه های کاربردی آنها نیز متفاوت است.از جمله پرکاربردترین فیلترهای تداخلی، فیلترهای باند گذر، فیلترهای قطع کننده و فیلترهای دو رنگ هستند.

(1) فیلترهای باند گذر فقط می توانند نور با طول موج خاص یا باند باریک را منتقل کنند و نور خارج از باند عبور نمی تواند از آن عبور کند.شاخص های نوری اصلی فیلترهای باند گذر عبارتند از: طول موج مرکزی (CWL)، نیم پهنای باند (FWHM) و انتقال (T%).با توجه به اندازه پهنای باند، می توان آن را به فیلترهای باند باریک با پهنای باند کمتر از 30 نانومتر تقسیم کرد.فیلترهای باند پهن با پهنای باند بیش از 60 نانومتر.

(2) فیلتر قطع (فیلتر قطع) می تواند طیف را به دو منطقه تقسیم کند.نور در یک ناحیه نمی تواند از این ناحیه عبور کند که به آن ناحیه قطع می گویند، در حالی که نور ناحیه دیگر می تواند به طور کامل از آن عبور کند که به آن منطقه عبور باند می گویند.فیلترهای قطع معمولی فیلترهای بلند گذر و فیلترهای کوتاه گذر هستند.فیلتر گذر موج بلند: به محدوده طول موج خاصی اشاره دارد، جهت موج بلند منتقل می شود و جهت موج کوتاه قطع است که نقش جداسازی موج کوتاه را ایفا می کند.فیلتر عبور موج کوتاه: فیلتر گذر موج کوتاه به محدوده طول موج خاصی اشاره دارد، جهت موج کوتاه منتقل می شود و جهت موج بلند قطع می شود که نقش جداسازی موج بلند را ایفا می کند.

(3) فیلتر Dichroic (فیلتر Dichroic) می تواند طیف کوچکی از رنگ ها را انتخاب کند که می خواهند نور را مطابق با نیاز عبور دهند و رنگ های دیگر را منعکس کنند.انواع دیگری از فیلترها وجود دارد: فیلترهای چگالی خنثی (فیلترهای چگالی خنثی) که به عنوان فیلم های کاهش دهنده نیز شناخته می شوند، برای جلوگیری از آسیب رساندن منابع نور قوی به حسگر دوربین یا اجزای نوری استفاده می شوند و می توانند نور جذب نشده را جذب یا منعکس کنند. .بخشی از نور عبوری که به طور یکنواخت میزان عبور را در بخش خاصی از طیف کاهش می دهد.

عملکرد اصلی فیلترهای فلورسانس جداسازی و انتخاب طیف باند مشخصه نور تحریک و فلورسانس منتشر شده از مواد در سیستم بازرسی و تجزیه و تحلیل فلورسانس زیست پزشکی است.این یک جزء کلیدی است که در ابزارهای زیست پزشکی و علوم زیستی استفاده می شود.

فیلترهای نجومی نوعی فیلتر است که برای کاهش تاثیر آلودگی نوری بر کیفیت عکس در طی فرآیند گرفتن عکس های نجومی استفاده می شود.

فیلترهای چگالی خنثی به طور کلی به دو دسته جذبی و بازتابی تقسیم می شوند.فیلتر چگالی خنثی بازتابی از اصل تداخل فیلم نازک برای انتقال بخشی از نور و انعکاس بخشی دیگر از نور استفاده می کند (معمولاً دیگر از این نور بازتاب شده استفاده نمی شود)، این نور منعکس شده به راحتی نور سرگردان را تشکیل می دهد و دقت آزمایشی را کاهش می دهد. بنابراین لطفاً از مجموعه نور سری ABC برای جمع آوری نور بازتاب شده استفاده کنید.فیلترهای چگالی خنثی جذبی عموماً به خود ماده یا پس از مخلوط شدن برخی عناصر در ماده اطلاق می شود که برخی از طول موج های خاص نور را جذب می کنند، اما تأثیری بر سایر طول موج های نور ندارند.به طور کلی، آستانه آسیب جذب فیلترهای چگالی خنثی کمتر است و پس از استفاده طولانی مدت، ممکن است تولید گرما ایجاد شود، بنابراین در استفاده از آنها باید دقت شود.

مشخصات کلیدی فیلترهای نوری

باند عبور: محدوده طول موج هایی که نور می تواند از آن عبور کند، باند عبور نامیده می شود.

پهنای باند (FWHM): پهنای باند یک محدوده طول موج است که برای نشان دادن بخش خاصی از طیفی که از فیلتر عبور می کند از طریق انرژی فرودی استفاده می شود، که با عرض در نیمی از گذردهی بزرگتر که به عنوان نصف عرض نیز شناخته می شود، در نانومتر بیان می شود.به عنوان مثال: پیک عبور فیلتر 80٪، سپس 1/2 40٪ است، و طول موج های چپ و راست مربوط به 40٪ 700 نانومتر و 750 نانومتر و نیم پهنای باند 50 نانومتر است.فیلترهای با نیم پهنای کمتر از 20 نانومتر، فیلترهای باند باریک و آنهایی که دارای نیم پهنای بیشتر از 20 نانومتر هستند، فیلترهای باند گذر یا فیلترهای باند پهن نامیده می شوند.

طول موج مرکزی (CWL): به طول موج اوج انتقال یک باند گذر یا فیلتر باند باریک، یا طول موج بازتاب اوج فیلتر باند استاپ، نقطه میانی بین 1/2 طول موج اوج انتقال، یعنی پهنای باند، نقطه میانی اشاره دارد. طول موج مرکزی نامیده می شود.

عبور (T): به توانایی عبور باند هدف اشاره دارد که بر حسب درصد بیان می شود، به عنوان مثال: عبور پیک فیلتر (Tp) > 80% به نوری اطلاق می شود که پس از تضعیف می تواند از فیلتر عبور کند.هنگامی که حداکثر مقدار بالاتر از 80٪ باشد، هرچه گذر بیشتر باشد، توانایی انتقال نور بهتر است.محدوده قطع: برای نشان دادن فاصله طول موج ناحیه طیفی انرژی از دست رفته توسط فیلتر، یعنی محدوده طول موج خارج از باند عبور استفاده می شود.نرخ برش (Block): عبور متناظر با طول موج در محدوده قطع، همچنین به عنوان عمق برش شناخته می شود برای توصیف درجه قطع فیلتر استفاده می شود.غیرممکن است که عبور نور به 0 برسد. فقط با نزدیک کردن ضریب عبور فیلتر به صفر می توان طیف ناخواسته را بهتر قطع کرد.نرخ برش را می توان با عبور اندازه گیری کرد، و همچنین می تواند با چگالی نوری (OD) بیان شود.رابطه تبدیل بین آن و انتقال (T) به شرح زیر است: OD=log10(1/T) عرض باند انتقال: با توجه به فیلتر عمق برش متفاوت است و عرض طیفی بیشتر مجاز بین برش فیلتر مشخص شده است. عمق خاموش و موقعیت 1/2 اوج عبور.شیب لبه: یعنی [(λT80-λT10)/λT10] *

بازتاب بالا (HR): بیشتر نوری که از فیلتر عبور می کند منعکس می شود.

گذردهی بالا (HT): ضریب عبور زیاد است و اتلاف انرژی نوری که از فیلتر عبور می کند بسیار کم است.زاویه تابش: زاویه بین نور تابشی و نرمال سطح فیلتر را زاویه تابش می گویند.هنگامی که نور به صورت عمودی برخورد می کند، زاویه تابش 0 درجه است.

دیافراگم موثر: ناحیه فیزیکی که می تواند به طور موثر در دستگاه های نوری مورد استفاده قرار گیرد، دیافراگم موثر نامیده می شود که معمولاً شبیه اندازه ظاهری فیلتر، متحدالمرکز و از نظر اندازه کمی کوچکتر است.طول موج شروع: طول موج شروع به طول موج مربوط به زمانی که گذردهی به 1/2 پیک در فیلتر گذر موج بلند افزایش می‌یابد، اشاره دارد و گاهی اوقات می‌توان آن را به عنوان 5٪ یا 10٪ از پیک در باند تعریف کرد. فیلتر عبور طول موج مربوط به عبور.

طول موج قطع: طول موج قطع به طول موج مربوط به زمانی اطلاق می شود که گذردهی در فیلتر عبور موج کوتاه به 1/2 مقدار پیک کاهش می یابد.در فیلتر باند گذر، گاهی اوقات می توان آن را به عنوان انتقال حداکثر 5٪ یا 10٪ تعریف کرد.طول موج مربوط به نرخ عبور.

مشخصات سطح و پارامترهای ابعادی فیلترها کیفیت سطح

کیفیت سطح فیلتر عمدتاً دارای ایراداتی مانند خط و خش و سوراخ در سطح است.متداول ترین مشخصات مورد استفاده برای کیفیت سطح، خراش ها و گودال های مشخص شده توسط MIL-PRF-13830B است.نام گودال ها با تقسیم قطر گودال بر حسب میکرون بر 10 محاسبه می شود، معمولاً مشخصات گودال خراش را کیفیت استاندارد در محدوده 80 تا 50 می نامند.کیفیت در محدوده 60 تا 40؛و محدوده 20 تا 10 با کیفیت بالا در نظر گرفته خواهد شد.

کیفیت سطح: کیفیت سطح معیاری برای سنجش دقت سطح است.برای اندازه گیری انحراف صفحات مانند آینه ها، پنجره ها، منشورها یا آینه های تخت استفاده می شود.انحراف صافی معمولاً با مقدار موج (λ) اندازه گیری می شود، که از منابع آزمایشی با طول موج های متعدد تشکیل شده است، یک نوار مربوط به طول موج 1/2 است، و صافی 1λ است که نشان دهنده سطح کیفیت عمومی است.صافی λ/4 است که نشان دهنده سطح کیفیت است.صافی λ/20 است، نشان دهنده سطح کیفیت با دقت بالا است.

تحمل: تلرانس فیلتر عمدتاً روی طول موج مرکزی و نیم پهنای باند است، بنابراین محدوده تحمل محصول فیلتر نشان داده شده است.

تحمل قطر: به طور کلی تأثیر تلورانس قطر فیلتر در هنگام استفاده زیاد نیست، اما اگر قرار است دستگاه نوری روی نگهدارنده نصب شود، باید تلرانس قطر را در نظر گرفت.معمولاً تلورانس قطر در (0.1± میلی متر) کیفیت عمومی، (±0.05 میلی متر) کیفیت دقیق و (±0.01 میلی متر) کیفیت بالا نامیده می شود.

تحمل ضخامت مرکز: ضخامت مرکز ضخامت قسمت مرکزی فیلتر است.معمولاً تلرانس ضخامت مرکز (0.2±mm) کیفیت عمومی، (±0.05mm) کیفیت دقیق و (±0.01mm) کیفیت بالا نامیده می شود.