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Future of
Optical Filters

September 2017 | See all Trending in Optics Topics

Lichtquellen, digitale Sensoren und Beschichtungskammertechnologien werden immer weiter verbessert, und so werden natürlich auch optische Filter weiterentwickelt und optimiert. Optische Filter spielen eine entscheidende Rolle bei äußerst anspruchsvollen Anwendungen in Automatisierungstechnik, Energietechnik, medizinischer Bildgebung, Sicherheitstechnik und Multielement-Optiken.

Diese Fortschritte erfordern Entwicklungen aus neuen Substraten wie flexiblen Dünnschichtpolymeren und IR-tauglichen Materialien wie Silizium und Germanium oder mit neuen Chemikalien und Verbindungen, die Filter mit hoher Transmission und hoher Blockung im UV- und Vis-Spektrum ergeben. Fortschritte in der Beschichtungskammertechnologie haben die Herstellung von Filtern mit höherer Präzision und Bandbreiten von <1nm bei Toleranzen von <1%, ermöglicht und damit die Grenzen des Machbaren bei leistungsfähigsten Spektrometern deutlich erweitert. Mit jedem Fortschritt wurden die Toleranzen und Spezifikationen weiter optimiert, um Präzisionssubstrate mit verbesserter Oberflächenqualität, Oberflächenebenheit, Parallelität und transmittierter Wellenfront zu erhalten.

Neue Materialien, Spezifikationen im Sub-Nanometer-Bereich, Abdeckung des tiefen UV- bis fernen IR-Spektrum und verschiedene verbesserte Toleranzen werden die Fortschritte in der Optik und Photonik bei nahezu allen Konsumgüter- und Forschungsanwendungen noch weiter voranbringen.

Ultraschmalbandige Konzeption

Ultraschmalbandige Konzeption

Laserlinienfilter mit Bandbreiten von nur 1,5 – 2 nm gibt es schon seit vielen Jahren, doch dank neuer Fortschritte in der Beschichtungs- und Messtechnik sind bei Laserlinienfiltern nun Bandbreiten von <1nm im gesamten sichtbaren Spektrum möglich. Von dieser Präzision werden Einzelphotonen-Anwendungen, Raman-Spektroskopie und andere Bildgebungsanwendungen, die sehr schwache Signale detektieren, in hohem Maße profitieren.

Abbildung 1 (links): Transmissionsdiagramme für extrem schmale Bandpassfilter mit 355 nm und 533 nm

Erweiterung des Spektralbereichs

Erweiterung des Spektralbereichs

Hartbeschichtete Filter werden hauptsächlich zur Fokussierung im Vis- und NIR-Spektrum im Bereich von etwa 400–1800 nm eingesetzt. Durch die jüngsten Fortschritte und Weiterentwicklungen in der Beschichtungs- und Werkstofftechnik wurde diese Spanne im UV-Bereich bis hinunter zu 250 nm und im IR-Bereich bis hoch auf 7300 nm ausgedehnt.

Abbildung 2 (links): Transmissionsdiagramm für den Infrarot-Langpassfilter 7,30 µm, 25 mm Durchmesser (#68-656)

Dünne, flexible Materialien

Dünne, flexible Materialien

Ultradünne, flexible Filter mit einer Dicke von nur 200 µm sind aus einem Polymermaterial aufgebaut und werden mithilfe eines einzigartigen Extrusionsverfahrens realisiert. Diese Filter sind kratzfest und flexibel, sodass sie sich bedeutend leichter in optische Systeme mit sehr kompakter Bauform oder überaus komplexen Formfaktoren integrieren lassen.

Abbildung 3 (links): Struktur der flexiblen Filter aus Polymermaterial

Engere Toleranzen und Spezifikationen

Sputtering-Anlagen, die zur Beschichtung von Filtern eingesetzt werden, arbeiten mit gefährlich hohen Temperaturen und Drücken sowie mit Partikeln, die extrem hohe Geschwindigkeiten erreichen. Dadurch kann es sich sehr schwierig gestalten, eine saubere, makellose und ebene Filteroberfläche zu erzielen. Oberflächenspezifikationen wie Parallelität, Oberflächenqualität, Oberflächenebenheit, transmittierte Wellenfront und Krümmungs- oder Unregelmäßigkeits-Passfehler leiden bei den herkömmlichen Magnetron- und Ionenstrahlsputtering-Anlagen meistens. Technische Fortschritte bei diesen Verfahren werden Filter mit engeren Oberflächentoleranzen ermöglichen.

Abbildung 4 (rechts): Sputtering-Anlage von EO zur Beschichtung von optischen Filtern

Engere Toleranzen und Spezifikationen

Optische Filter der nächsten Generation von EO

Edmund Optics® verbessert die Spezifikationen und Toleranzen seiner optischen Filter beständig weiter. In der nachstehenden Liste sind einige der von uns verbesserten Fertigungsmöglichkeiten für optische Filter aufgeführt.

 

Oberflächenqualität 20-10

 

Oberflächenebenheit λ/10 P-V

 

Transmittierte Wellenfront λ/20 RMS

 

UV-Wellenlängen bis zu 250 nm und IR-Wellenlängen bis annähernd 4000 nm

 

Filter mit einer Dicke von nur 200 µm

Abbildung 4: Oberflächen- und Wellenfront-Karte eines TECHSPEC® hochqualitativen dichroitischen Fluoreszenzfilters

Produktfamilien optischer Filter anzeigen

TECHSPEC® hochqualitative dichroitische Fluoreszenzfilter

TECHSPEC® hochqualitative OD 4 Langpassfilter

TECHSPEC® High Performance OD 4 Shortpass Filters

TECHSPEC® hochqualitative OD 4 Kurzpassfilter

Häufig gestellte Fragen

FAQ  Bietet Edmund Optics® Filter aus dünnem, flexiblem Material an?
Ja, Edmund Optics® bietet eine Reihe von ultradünnen Langpassfiltern an, die aus ultradünnen Polymerschichten bestehen. Sie sind kratzfest und besitzen eine Dicke von 200–500 µm.
FAQ  Was ist der größte Filterdurchmesser, der bei Edmund Optics® erhältlich ist?

Der größte Filterdurchmesser, den Edmund Optics® fertigen kann, beträgt 300 mm. Toleranzen und Uniformität werden bei Substraten dieser Größe aufgrund von Einschränkungen der Sputtering- und Beschichtungsverfahren schwierig.

FAQ  Welches sind die häufigsten Filtersubstrate?

Gängige Werkstoffe für Filtersubstrate sind Quarzglas, N-BK7 und Floatglas. In letzter Zeit gibt es einen Trend zu Fluoridmaterialien, IR-kristallinen Materialien wie Silizium und Germanium sowie zu Polymeren und Kunststoffen.

FAQ  Wie wähle ich den richtigen Filter für meine Anwendung?

Zunächst müssen Sie bestimmen, welche Art von Filter für die Anwendung benötigt wird. Grundsätzlich wird bei Filtern zwischen Kurzpass-, Langpass-, Bandpass-, dichroitischen, Notch-, und Neutraldichte-Filtern unterschieden. Jeder Filtertyp hat andere Eigenschaften, aufgrund derer er sich für bestimmte Anwendungen besser eignet als für andere. Anschließend müssen Sie festlegen, welche Wellenlänge benötigt wird, da Filter dadurch definiert sind, welchen Teil des Spektrums sie durchlassen bzw. blockieren. Ein Langpassfilter beispielsweise ist darauf ausgelegt, sowohl die sichtbaren als auch die infraroten Anteile des Spektrum passieren zu lassen, jedoch die ultravioletten Anteile des Spektrums zu blocken (oder „abzuschneiden“, engl. „cut“, daher auch als UV-Cut-off-Filter bezeichnet).

FAQ  Was passiert, wenn ein optischer Filter geneigt wird?
Generell verschiebt sich die Transmissionskurve eines Filters mit zunehmendem Einfallswinkel hin zu den niedrigeren Wellenlängen. Ein großer Winkel von der Mitte der Optik hat denselben Effekt wie das Neigen eines Filters aus der senkrechten Stellung zu einer Optik. Mit zunehmendem Neigungswinkel beginnt die Kurve ihre Form zu verändern, sodass die Transmission kontinuierlich abnimmt und sich die Steigung der Transmissionskurve verändert. Einen ähnlichen Effekt kann man bei steigender Temperatur beobachten. Interferenzfilter sind am empfindlichsten gegenüber Veränderungen des Einfallswinkels und der Temperatur.
FAQ  Welche Art von Filtern kann Edmund Optics® fertigen?
Edmund Optics® fertigt Fluoreszenz-, dichroitische, schmale Bandpass-, Multibandpass-, Notch-, Neutraldichte-, Kurzpass- und Langpass-Filter. Wenn unser Angebot an Standardfiltern Ihre Anforderungen nicht erfüllt, erkundigen Sie sich bei uns nach kundenspezifischen Lösungen.

Weiterführende Informationen

Anwendungshinweise

Technische Informationen und Anwendungsbeispiele, darunter theoretische Grundlagen, Gleichungen, grafische Darstellungen und vieles mehr.

Optische Filter
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Optical Filter Orientation
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Custom Bandpass Filter using Shortpass and Longpass Filters
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Fluorophore und Filter für die Fluoreszenzmikroskopie
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Videos

Die informativen Unternehmens- und Schulungsvideos enthalten sowohl einfache Tipps als auch anwendungsbezogene Produktdemonstrationen zur Verdeutlichung der Produktvorteile.

What’s New in Optical Coatings: Introduction
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Optical Filter Coatings: Comparison of Traditional and Hard-Sputtered
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