Оптический фильтр: Оптический фильтр — Все промышленные производители

Содержание

ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР — это… Что такое ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР?

ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР

— устройство дляфильтрации частотного либо углового спектра оптического излучения.
Частотные О. ф. (светофильтры) используютсядля выделения или подавления нек-рого заданного участка спектра широкополосногооптич. излучения. Осн. характеристики таких О. ф.: отношение ср. длиныволны к ширине полосы пропускания (поглощения); контрастность — отношение коэф. пропускания фильтра в максимуме прозрачностик коэф. пропускания вне полосы пропускания. В зависимости от используемогофиз. механизма частотные О. ф. разделяются на абсорбционные, интерференционные, Абсорбционные О. ф. (окрашенные стёкла, растворы и т. п.) изготовляются из компонент, для таких фильтров обычно не превышает 10.

В интерференционных фильтрахиспользуется интерференция волн, отражённых от двух или более параллельныхдруг другу поверхностей, в результате чего коэф. пропускания такого О. волны падающего на него излучения. Прииспользовании многослойных диэлектрич. покрытий в качестве отражающих поверхностейоказывается возможным получать О. ф. с шириной полосы менее 1 нм при прозрачностив максимуме до 80%. Действие поляризационных фильтров основано на интерференцииполяризованных лучей. Простейший поляризац. фильтр Вуда состоит издвух параллельных поляризаторов и установленной между ними двулучепреломляющейкристаллич. пластинки. При использовании комбинации таких фильтров (т. -2 нм, ~10⁵).В дисперсионных О. ф. используется зависимость показателя преломления отдлины волны. Типичные величины отношения в таких фильтрах составляют 1020.
О. ф. угл. спектра (т. н. пространственныйфильтр) предназначен для устранения искажений волнового фронта дифракц. диафрагма. Диаметр диафрагмы выбираетсяв 1,5 — 2 раза большим диаметра пятна, получающегося в фокальной плоскостилинзы при фокусировке ею гауссовского пучка с дифракционной расходимостью. Прииспользовании таких фильтров в мощных лазерных системах пространство междулинзами вакуумируется для предотвращения пробоя воздуха.

Лит.: Зайдель А. Н., ОстровскаяГ. В., Островский Ю. И., Техника и практика спектроскопии, М., 1972; ЛебедеваВ. В., Техника оптической спектроскопии, 2 изд., М., 1986.

Б. В. Жданов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.

ОПТИЧЕСКИЙ ТЕЛЕСКОП
ОПТИЧЕСКОЕ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ

Полезное

Смотреть что такое «ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР» в других словарях:

оптический фильтр — Один из трех фильтров, предназначенных для разделения первичных цветов (красного, зеленого и синего). [http://www.morepc.ru/dict/] Тематики информационные технологии в целом EN separation filter … Справочник технического переводчика
ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР — то же, что (см.) … Большая политехническая энциклопедия
оптический фильтр — optinis filtras statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. optical filter vok. optisches Filter, n rus. оптический фильтр, m pranc. filtre optique, m … Fizikos terminų žodynas
Оптический фильтр — 43. Оптический фильтр Устройство, предназначенное для выделения или подавления одной или нескольких составляющих либо областей спектра оптического излучения Источник: ГОСТ 24453 … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
оптический фильтр (в измерении излучения) — оптический фильтр Устройство, предназначенное для выделения или подавления одной или нескольких составляющих либо областей спектра оптического излучения. [ГОСТ 24453 80] Тематики измерение лазерного излучения … Справочник технического переводчика
волноводный перестраиваемый оптический фильтр — волноводный перестраиваемый фильтр Перестраиваемый оптический фильтр, в котором излучение распространяется в оптическом волноводе. [ГОСТ 15093 90] Тематики лазерное оборудование Синонимы волноводный перестраиваемый фильтр EN waveguide tunable… … Справочник технического переводчика
перестраиваемый оптический фильтр — перестраиваемый фильтр Устройство управления лазерным излучением, предназначенное для выделения или подавления одной или нескольких составляющих спектра лазерного излучения по заданному закону во времени. [ГОСТ 15093 90] Тематики лазерное… … Справочник технического переводчика
контрольный оптический фильтр — Контрольный фильтр с линзой двукратного увеличения, применяемый для определения загрязненности жидкости. [ГОСТ Р 51109 97] Тематики промышленная чистота … Справочник технического переводчика
контрольный оптический фильтр — 4.8 контрольный оптический фильтр: Контрольный фильтр с линзой двукратного увеличения, применяемый для определения загрязненности жидкости. Источник: ГОСТ Р 51109 97: Промышленная чистота. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
перестраиваемый оптический фильтр — derinamasis optinis filtras statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. tunable optical filter vok. durchstimmbares optisches Filter, n rus. перестраиваемый оптический фильтр, m pranc. filtre optique accordable, m … Radioelektronikos terminų žodynas

Оптический фильтр CWDM Mini Cell 1530

В наличии
Код товара: 08980
Краткое описание:
CWDM Mini Cell 1530 — оптический CWDM add-drop фильтр, ±6.5 nm, ~0.5 dB, волокно SMF-28e
Производитель:
Отсрочка платежа
Проверка и тестирование оборудования перед продажей

Профессиональные
консультанты-практики
Описание Оптический фильтр CWDM Mini Cell 1530
Оптические фильтра — это пассивные оптические устройства, которые имеют три вывода: Pass, Common, Reflection и предназначены для выделения из оптического волокна излучения в определенном диапазоне длин волн. Оптические CWDM фильтры используются для создания гибкой сети. Они обеспечивают непосредственный ввод/вывод каналов в магистраль CWDM на оптическом уровне (без преобразований оптического сигнала в электрический) и позволяют строить разветвлённые транспортные оптические сети.

Работают такие устройства в двухстороннем направлении, то есть могут как вводить в волокно, так и выводить из него оптический сигнал на нужной длине волны. С помощью такого фильтра можно соединить пару CWDM трансиверов между собой, используя не два волокна, а одно.
Устройство CWDM Mini Cell имеет ширину спектра канала PASS ±6.5 nm и затухание на канале PASS ~0.5 dB. В фильтре используется тип волокна SMF-28e.

В зависимости от рабочей длины волны для заказа доступны модели:
Фильтр CWDM Mini Cell 1310

Фильтр CWDM Mini Cell 1490

Фильтр CWDM Mini Cell 1530

Фильтр CWDM Mini Cell 1590

Фильтр CWDM Mini Cell 1610

Характеристики Оптический фильтр CWDM Mini Cell 1530
Тип устройства: Фильтр CWDM
Длина волны на передачу: 1310 nm,
1490 nm,
1530 nm,
1590 nm,

1610 nm
Ширина спектра канала PASS: ±6.5 nm
Затухание на канале PASS: ~0.5 dB
Тип волокна: SMF-28e
Апериодичность помогла создать многофункциональный оптический фильтр
NIST
Американские физики разработали оптический фильтр на основе апериодического массива бороздок, который может пропускать свет различной длины волны в зависимости от угла падения, а также работать как расщепляющая линза. Работа опубликована в Nature Communications.
Возможность управления отражением и пропусканием света в зависимости от его угла падения и длины волны — одна из важных задач для создания оптических фильтров и химических или биологических сенсоров. Обычно для этого используются упорядоченные периодические структуры — оптические решетки или, например, фотонные кристаллы, в которых периодическим образом изменяется диэлектрическая проницаемость, что приводит к появлению оптической запрещенной зоны — диапазона длин волн, внутри которого свет полностью отражается. Еще одним примером периодических систем для управления свойств падающего света являются метаматериалы, которые сейчас предлагают использовать даже для создания невидимых объектов.
В новой работе американские физики для создания оптических фильтров предложили отказаться от требования периодичности и использовали для создания оптического фильтра апериодическую металлическую систему. Недавние теоретические работы показали, что за счет взаимодействия поверхностных плазмонов между собой и с падающим светом в таких материалах возможность пропускания и отражения света могут зависеть от его длины волны и угла падения и при этом являются чувствительными к изменению геометрии системы.
В своем исследовании ученые использовали материал, который был устроен следующим образом. В многослойной пленке, покрытой слоем серебра толщиной 100 нанометров делали щель шириной 100 нанометров, и с двух сторон от нее наносили по пять прямоугольных в сечении бороздок, расположенных на разном расстоянии друг от друга. Для определения нужной геометрии и предсказания возможных оптических эффектов физики использовали простую модель интерференции плазмонов и падающего света.
Такую пленку с апериодической системой бороздок облучали белым светом. Результаты эксперимента показали, что спектр проходящих через щель длин волн сильно зависит от угла падения света. Так, при падении света перпендикулярно поверхности проходит только красный свет, если свет падает под углом 10 градусов, то сквозь такой фильтр проходит только зеленый свет, а при падении под углом 20 градусов — только синий.
Зависимость пропускания света апериодической решеткой от угла падения. Снизу изображены спектры пропускания материала в зависимости от угла падения света, рассчитанные теоретически (с, сплошная линия) и с помощью компьютерного моделирования (c, пунктирная линия) и измеренный в эксперименте (e)
M. S. Davis et al./ Nature Communications, 2017
Если же развернуть такую пленку вверх ногами, то ее можно использовать как расщепляющую линзу. То есть при падении на нее белого света после прохождения через щель свет расщепляется на спектр, в котором свет каждой длины волны выходит из материала под своим углом.
Кроме того, физики предложили не ограничиваться линейной геометрией бороздок и щелей и показали, что подобный эффект можно наблюдать и для точечного отверстия и концентрических бороздок вокруг него. В таком случае вторичный источник расщепленного света является точечным. Размер предложенных устройств ограничивается длиной затухания поверхностного плазмона и сейчас составляет порядка 30 — 80 микрон.
Авторы работы отмечают, что таких свойств не удалось бы добиться с использованием традиционных периодических оптических устройств. По утверждению ученых, такие материалы могут в дальнейшем использоваться для повышения эффективности работы солнечных батарей, для расщепления оптического сигнала и сложных сенсоров.
Для управления отражением и пропусканием света сейчас используется довольно большое количество различных материалов с необычной геометрией. Так, если покрывать объекты микрочастицами с ячеистой поверхностью, то можно снизить отражение от него почти до нуля. А многие метаматериалы могут использоваться и для фильтров не только в видимом диапазоне, но и например, для дециметровых волн.
Александр Дубов
Оптический Фильтр, Китай Оптический Фильтр каталог продукции Сделано в Китае
Цена FOB для Справки: 0,1-10,00 $ / шт.
MOQ: 1 шт.
Применение: Освещение,Медицинский,Оптический,Фото
Диапазон толщины: 2мм-5мм
Цвет: Синий
Тип: Цветной Фильтр
Принцип: Селективно-Поглощающий Фильтр
Угол падения: 0 °

Поставщики с проверенными бизнес-лицензиями

Поставщики, проверенные инспекционными службами
CPG OPTICS LIMITED

провинция: Jiangsu, China

Оптический фильтр с угловой селективностью светопропускания Текст научной статьи по специальности «Физика»
УДК 535.31; 681.7.06
Закируллин Р.С.
Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected]
ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР С УГЛОВОЙ СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ СВЕТОПРОПУСКАНИЯ
Представлен оптический фильтр с тонкопленочными решеточными слоями на двух поверхностях стеклянной подложки. Макроскопические решетки сформированы чередующимися направленно пропускающими и поглощающими полосами. Их относительное расположение на входной и выходной поверхностях обеспечивает угловую селективность светопропускания — часть излучения, прошедшего через входную решетку, дополнительно блокируется выходной решеткой в зависимости от угла падения. Графоаналитический метод расчета определяет влияние оптических и геометрических параметров чередующихся полос на угловые характеристики све-топропускания. Результаты графоаналитического расчета подтверждены экспериментально. Разработана методика расчета параметров фильтра для удовлетворения заранее заданным угловым селективным характеристикам регулирования. Наиболее перспективной областью применения является архитектурное остекление для регулирования проходящего солнечного излучения без специальных устройств перераспределения светового потока.
Ключевые слова: оптический фильтр, решетка с чередующимися полосами, графоаналитический метод расчета, угловые характеристики светопропускания, пред-адаптированное угловое селективное регулирование.
Введение
Оптические фильтры, применяемые в различных областях, предназначены для пропускания части падающего излучения в определенном диапазоне длин волн. Остальная часть излучения в дихроичных фильтрах отражается, в абсорбционных — поглощается. Тонкопленочные многослойные дихроичные фильтры [1] имеют оптически однородные в каждом слое покрытия поверхности прозрачной среды. В оптических фильтрах применяются дифракционные решетки [2] и фотонные кристаллы [3] с микро- и на-норазмерными поверхностными и объемными неоднородностями.
Исследования с целью совершенствования фильтров направлены на увеличение независимости их характеристик от угла падения [4] или, напротив, на использование угловой зависимости спектра пропускания [5]. Одиночная нанощель в металлической пленке, окруженная диэлектрическими решетками, предложена для усиленного пропускания направленных световых лучей двух длин волн [6]. Представлены новые возможности для сужения полосы пропускания фильтров [7]. В некоторых случаях фильтры обладают адаптивными свойствами — в [8] описан самоадаптивный фотохромный фильтр для сглаживания краев и коррекции изображений.
Для определения коэффициентов отражения и пропускания многослойных покрытий дополнительно к известным матричным и рекур-
рентным методам расчета по формулам Френеля предложена модульная концепция [9]. В [10] проведен численный анализ направленного пропускания через одиночную щель в металлической пленке с периодическими диэлектрическими барьерами на входной и выходной поверхностях. Свойства направленного светопропуска-ния оконных систем с жалюзи исследованы на основе функции распределения двунаправленного пропускания [11]. Регулирование светоп-ропускания оконных конструкций требует использования дополнительных устройств перераспределения светового потока для адаптации к траектории солнца. Для изменения спектра и интенсивности проходящего в помещение солнечного излучения применяются смарт-стекла различных видов с тонкопленочными покрытиями [12], с фотохромными [13], электрохромны-ми [14] и жидкокристаллическими [15] слоями. Эффект поляризации света используется для достижения невидимости через окно при определенных углах наблюдения [16].
Среди всего многообразия отсутствуют оптические фильтры, пропускающие только требуемую и предварительно рассчитанную часть падающего излучения в разных диапазонах углов падения. В данной работе представлен решеточный фильтр для углового селективного регулирования направленного светопропуска-ния без дополнительных устройств перераспределения световых потоков. Оценены возможные области его применения. Угловые селективные
характеристики светопропускания фильтров с разными геометрическими параметрами рассчитаны графоаналитическим методом. Установлены основные закономерности влияния различных параметров фильтра на результаты регулирования. Предварительный подбор геометрических и оптических параметров чередующихся полос решеток дает возможность пред-адаптированного регулирования при заранее известной траектории движения источника света. Расчетные характеристики, скорректированные с учетом сопутствующих физических факторов, сравнены с экспериментальными данными. Приведен алгоритм подбора параметров фильтра для удовлетворения предварительно заданных требуемых характеристик светопропускания.
1 Конструкция фильтра, метод расчета его параметров и области применения
1.1 Конструкция решеточного оптического фильтра
Основу фильтра составляет стеклянная подложка. При необходимости изменения спектра проходящего излучения применяется окрашенное стекло, как в обычных абсорбционных фильтрах. На двух поверхностях стекла фильтра формируются чередующиеся пропускающие и поглощающие полосы миллиметровых и субмиллиметровых ширин. Образованные чередующимися полосами макроскопические решетки принципиально отличаются от дифракционных не только назначением и размерами, но и возможностью ступенчатого или градиентного изменения оптических и геометрических параметров. В макрорешетках возможно использование как тонкопленочных, так и толстопленочных, в т. ч. и многослойных покрытий, подобно интерференционным фильтрам. В зависимости от формы стеклянной подложки чередующиеся полосы м. б. параллельными или криволинейными на плоских и гнутых поверхностях, концентрическими на линзах. Таким образом, предлагаемый фильтр имеет свойства как абсорбционных, так и дихроичных частотных фильтров.4)). Сдвиг входной и выходной решеток фильтра друг относительно друга характеризуется углом падения луча, проходящего через центры чередующихся полос. На рис. 1 указан характеристический угол Q30 — при угле падения 30о луч проходит через центры пропускающей полосы входной решетки и после преломления под углом О — поглощающей полосы выходной решетки. Для характеристического угла показаны смещение 130 преломленного луча на выходной решетке относительно непреломленного луча при нормальном угле падения и длина ё30 пути прохождения преломленного луча через стекло фильтра.
Часть падающего излучения, равная отношению площади поглощающих полос входной решетки ко всей ее площади, блокируется этой решеткой независимо от угла падения. Выходная решетка дополнительно блокирует часть дошедшего до нее излучения уже в зависимости от угла падения (рис. 1). Общий коэффициент светопропускания фильтра равен отношению той части суммарной площади пропускающих полос выходной решетки, через которую про-
Рисунок 1. Схема светопропускания решеточного фильтра
ходит излучение при данном угле падения, ко всей площади входной решетки. Это отношение полностью зависит от предварительного выбора геометрических размеров и формы чередующихся полос обеих решеток и сдвига этих решеток друг относительно друга (характеристического угла). Поэтому при известной траектории источника света относительно фильтра можно заранее рассчитать его геометрические параметры для обеспечения требуемых значений коэффициента светопропускания при любых углах и диапазонах углов падения в пределах 0о-90о. Таким образом, селективное по углам падения фильтрование можно пред-адаптировать к движению источника света. Благодаря угловому селективному фильтрованию интенсивности излучения предлагаемый фильтр отличается от нейтральных фильтров, равномерно снижающих интенсивность независимо от углов падения, а также от других типов разрабатываемых оптических фильтров [1-8].
1.2 Графоаналитический метод расчета коэффициента светопропускания фильтра
Характеристики направленного светопропускания фильтра в зависимости от углов падения световых лучей при разных оптических и геометрических параметрах чередующихся полос и взаимном расположении входной и выходной решеток определяются графоаналитическим методом [17]. На рис. 2 приведена схема для расчета светопропускания фильтра №1 с параметрами из табл. 1. Указаны преломленные лучи для углов падения 0о-90о через каждые 10о и для угла 45о. Эти лучи показывают границы направленного светопропускания через входную поверхность фильтра в пределах одного шага полос.
В простейшем случае для плоскопараллельного фильтра с параллельными чередующимися полосами при расчете коэффициента пропускания Ь рассмотренные выше площади полос решеток можно заменить ширинами соответствующих полос
Т = Щ (*1 + *2) (1)
где Н — ширина светопропускания (ширина части пропускающих полос выходной решетки, через которую преломленные лучи направленно проходят в пределах одного шага полос). Определяется графоаналитическим методом через функцию смещения [17] — угловую зависимость смещения I преломленного луча на выходной поверхности от-
носительно непреломленного луча при нормальном угле падения. Зависимость получена из прямоугольного треугольника с катетами 5 и I (130 на рис. 1) с учетом закона Снелла
.теш©
(2)
I =
4
22 п — sin ©
Из рис. 2 видно, что в диапазоне углов падения от 0о примерно до 14о ширина светопро-пускания уменьшается. При анализе получена расчетная формула для этого диапазона
h = 0,5г1 — 0,5;4 +1С -1
(3)
где 1с — смещение преломленного луча для характеристического угла падения (на рис.+0,5; 4+1С (4)
Угол падения при известном смещении выражается из формулы (2)
© = arcsin
п1
2 , ;2 V». +1 у
(5)
Рисунок 2. Схема для графоаналитического расчета фильтра №1
Закируллин Р.С.
При подстановке в эту формулу вычисленного по формуле (4) смещения получено точное значение экстремального угла 14,22о.
При дальнейшем увеличении угла падения ширина светопропускания не изменяется и равна к = г1 — г4 (6)
Ширина неизменна до следующего экстремального угла 45,55о, определенного по формуле (5) через смещение
/ = 0,5г1 — 0,5г 4 +1С (7)
Далее ширина светопропускания возрастает в соответствии с формулой
к = 0,5г1 — 0,5г 4 — 1С +1 (8)
При экстремальном угле 68,53о, определенном при условии
1= -0,5г1 +г3 + 0,5г 4 +/С (9)
до угла падения 90о ширина светопропус-кания вновь остается неизменной и равна
к = г3 (10)
Таким образом, при анализе рис.+£2) — на половину шага полос, т. к. центральный луч проходит через центр пропускающей, а не поглощающей полосы выходной решетки (табл. 1) и эта решетка сдвинута по сравнению с фильтром №1 на половину шага полос. Подобные закономерности получены и для фильтров №15, 16 и 18 с кратными шагами полос,
однако количество угловых диапазонов с одинаковым характером изменения ширины светопро-пускания увеличивается в соответствии с возрастанием кратности шагов. Это связано с тем, что одна из решеток — с меньшим шагом полос — имеет несколько пар чередующихся пропускающих и поглощающих полос в пределах одного шага другой решетки.
Участки возрастания ширины светопропус-кания рассчитываются по формуле (8) с такими же исключениями, как для формулы (3). При изменении угла падения в обеих формулах изменяется только значение смещения I. Эти формулы отличаются друг от друга знаками перед слагаемыми смещений I и I. При постоянных значениях остальных слагаемых (ширин полос) изменение ширины светопропускания зависит только от разности смещений. Тогда в одном и том же диапазоне углов падения наклон характеристик регулирования (угловых зависимостей коэффициента светопропускания по формуле (1)) будет одинаковым для фильтров с разными ширинами чередующихся полос, но с равными шагами полос. При этом участки убывания и возрастания будут симметричны относительно характеристического угла. По формуле (2) смещение I синусоидально зависит от угла падения, т. е. примерно до 60о угловые зависимости ширины светопропускания, следовательно, и коэффициента светопропускания, будут близки к линейным. Кроме того, в этом диапазоне углов падения линии будут эквидистантными, т. к. наклон линий также зависит от смещения I. При дальнейшем увеличении углов падения до 90о синусоидальная зависимость все сильнее отличается от линейной и эти закономерности нарушатся.
Горизонтальные участки с минимальной шириной светопропускания для всех фильтров с единичной кратностью шагов рассчитываются по формуле (6), с максимальной — по формуле (10).2). Для некоторых фильтров горизонтальные участки с одним и тем же светопропус-канием повторяются дважды. Для фильтров с кратными шагами полос расчетные формулы
аналогичны формулам (6) и (10), однако количество угловых диапазонов с одинаковым минимумом или максимумом светопропускания увеличивается при возрастании кратности шагов.
Фильтры №1 и №17 имеют одинаковые решетки, но входная и выходная решетки заменены местами (реверсивное падение лучей) и сдвинуты друг относительно друга для сохранения одного и того же характеристического угла 30о. При этих условиях расчетные формулы во всех угловых диапазонах регулирования идентичны и зависимости коэффициента светопропускания для двух фильтров полностью совпадают. Такая же закономерность получена для фильтров №15 и №18 с кратными шагами.
По итогам анализа всех формул для расчета ширины светопропускания для фильтров №1-20 общую расчетную формулу для фильтра с произвольными геометрическими параметрами можно представить в виде
Н = а1г1 +а2?2 + аз13 + а 414 + Ь1/с + Ь21 (11)
где коэффициенты а — целые или полуцелые числа; ¿¿={-1; 0; 1}.
Из формулы (11) можно исключить одну из ширин полос £., воспользовавшись уравнением шагов с учетом их кратности.
Формулы (4), (7) и (9) для расчета смещений преломленных лучей при экстремальных углах для фильтра №1 получаются при приравнивании формул для расчета ширин светопропускания соседних участков. Аналогично и для остальных фильтров из табл. 1.
1.4 Коррекция расчетного коэффициента светопропускания фильтра
Разработанный графоаналитический метод позволяет геометрическим путем определить светопропускание фильтра путем замены отношения интенсивностей прошедшего и падающего излучения отношением соответству-
Таблица 1. Геометрические параметры фильтров при толщине стекла 5=4 мм (для фильтра №19 5=6 мм) и относительном показателе преломления п=1,5 (для фильтра №20 п=2)
№ фильтра Характеристический угол (град) Ширина полосы (мм) Шаг полос (мм) Кратность шагов Полосы прохождения центрального луча
11 г 2 г 3 г 4 г1+г2 г3+г4 (г1+г2)/(г3+г4)
1 30 3,00 1,00 2,50 1,50 4,0 4,0 1,0 г1:г 4
2 30 3,00 1,00 1,00 3,00 4,0 4,0 1,0 г1:г 4
3 30 2,00 2,00 2,00 2,00 4,0 4,0 1,0 г1:г 4
4 30 3,00 1,00 3,00 1,00 4,0 4,0 1,0 г1:г 3
5 30 2,00 2,00 2,00 2,00 4,0 4,0 1,0 г1:г 3
6 10 3,00 1,00 2,50 1,50 4,0 4,0 1,0 г1:г 4
7 45 3,00 1,00 2,50 1,50 4,0 4,0 1,0 г1:г 4
8 60 3,00 1,00 2,50 1,50 4,0 4,0 1,0 г1:г 4
9 80 3,00 1,00 2,50 1,50 4,0 4,0 1,0 г1:г 4
10 30 2,00 1,00 1,50 1,50 3,0 3,0 1,0 г1:г 4
11 30 3,00 2,00 2,50 2,50 5,0 5,0 1,0 г1:г 4
12 30 6,00 2,00 5,00 3,00 8,0 8,0 1,0 г1:г 4
13 60 2,00 1,00 1,50 1,50 3,0 3,0 1,0 г1:г 4
14 60 3,00 2,00 2,50 2,50 5,0 5,0 1,0 г1:г 4
15 30 3,00 1,00 1,25 0,75 4,0 2,0 2,0 г1:г 4
16 30 3,00 1,00 0,50 0,30 4,0 0,8 5,0 г1:г 4
17 30 2,50 1,50 3,00 1,00 4,0 4,0 1,0 г1:г 4
18 30 1,25 0,75 3,00 1,00 2,0 4,0 0,5 г 2:г 4
19 30 3,00 1,00 2,50 1,50 4,0 4,0 1,0 г1:г 4
20 30 3,00 1,00 2,50 1,50 4,0 4,0 1,0 г1:г 4
ющих площадей (ширин полос). Результаты расчета необходимо корректировать с учетом угловой зависимости отражения от входной и выходной поверхностей по формулам Френеля и поглощения стеклом фильтра по закону Буге-ра-Ламберта.
По формулам Френеля коэффициенты отражения волн, поляризованных перпендикулярно и параллельно плоскости падения, соответственно составляют ps=sin2(©-©n)/ sin2(©+©K) и pp=tg2(©-©K)/tg 2(в+©и). При но р-мальном падении коэффициент отражения равен p0=(n-1)2/(n+1)2, т. е. р0=0,04 при n=1,5. Для линейно поляризованного света с азимутом колебаний падающей волны 5 компоненты вектора напряженности электрического поля E равны E =Ecos5 и E =Esin5. В частном случае при
р s J 1
5=45о получается E=E, следовательно, интенсивности перпендикулярно и параллельно поляризованных составляющих падающей волны также равны. Тогда суммарный коэффициент отражения вычисляется так же, как для естественного (неполяризованного) света: p=0,5(Ps+Pp).
С учетом отражения от входной и выходной поверхностей фильтра (пренебрегая мно-гогратными внутренними отражениями), а также поглощения по закону Бугера-Ламберта, коэффициент пропускания равен
т = (1 — р)2 exp(-ad), (12) где a — натуральный коэффициент поглощения стекла, d — длина пути прохождения преломленного луча через стекло фильтра. Вычисляется по формуле, полученной из прямоугольного треугольника с катетами s и l (на рис. 2 катеты s и l30), с учетом формулы (2)_
d = sV 1 + sin2© /(n2 — sin2©) (13)
Из формул (12) и (13) получена формула для расчета коэффициента пропускания с учетом отражения и поглощения для плоскопараллельных фильтров
т = (1 — р)2 exp(-asV1 + sin2© /(n2 — sin2©) (14)
При применении графоаналитического метода для расчета фильтров с криволинейными поверхностями формула (2), следовательно, и формулы (13) и (14), соответственно видоизменяются. При расчете светопропускания фильтров с отражающими и рассеивающими полосами учитывается увеличение отраженного и появление проходящего рассеянного излучения.
1.5 Перспективы применения фильтра
Применение рассмотренного способа имеет перспективы для создания семейства фильтров разного назначения. Особенно такой способ фильтрования был бы полезен при архитектурном остеклении для регулирования проходящего в помещение светового потока в зависимости от угла падения лучей без использования дополнительных устройств перераспределения световых потоков. Имеется возможность нанесения на поверхности оконного остекления наклонных чередующихся полос, адаптированных к траектории солнца по отношению к заданному азимуту окна, например, для наиболее жаркого сезона года. По сравнению с жалюзи и другими солнцезащитными устройствами фильтр не требует ручного или автоматического управления, прост для использования в окнах с криволинейными и наклонными поверхностями, позволяет разделять площадь окна на зоны с разными характеристиками пропускания.
В оконных конструкциях при двойном или тройном остеклении решетки фильтра можно располагать на любых из четырех или шести поверхностей стекла. Для рациональной защиты от солнца на входной решетке целесообразно применять отражающие полосы, на выходной — рассеивающие, т. к. главной задачей является ограничение прохождения прямых (направленных) лучей. При использовании активных тонких слоев смарт-стекол [12-15] не на всей поверхности стекла, а в виде чередующихся полос решеток фильтра, добавится функция селективного углового регулирования светопропускания. Кроме расчета солнцезащиты при известной широте местности для конкретного окна с заданными азимутом и параметрами окружающей застройки, возможен комплексный расчет для обеспечения невидимости из окон противостоящих зданий, а также уменьшения тепловых потерь длинноволнового излучения от отопительных приборов. Для такого двустороннего регулирования свето- и теплопропус-кания можно применить более двух решеток с чередующимися полосами с разными оптическими и геометрическими параметрами.
При необходимости селективного углового регулирования светопропускания возможно использование фильтра и в других областях -при остеклении транспортных средств, в производстве оптических систем, светотехнической аппаратуры и очков.
2 Угловые селективные характеристики регулирования направленного светопропус-кания
2.1 Расчетные характеристики регулирования светопропускания
Параметры фильтров №1-20 в табл. 1 подобраны для демонстрации широких возможностей пред-адаптированного углового селективного регулирования светопропускания при заранее известных условиях взаимного движения источника и остекленного объекта (фильтра). Коэффициенты светопропускания фильтров рассчитываются по формуле (1) с подстановкой значений ширин светопропускания, вычисленных по формулам (3), (6), (8), (10) и их аналогам. На рис. 3, а-д приведены расчетные угловые характеристики регулирования для фильтра №1 (линия 1) и для остальных 19 фильтров (линии 2-20), объединенные в пять групп с общими свойствами для сравнения с фильтром №1.
Характеристики регулирования подтверждают общие закономерности, выявленные при анализе расчетных формул (1)-(10). Из рис. 3, а-д видно, что для всех фильтров с одинаковым шагом полос наклоны линий в угловых диапазонах совпадают, в т. ч. и при разных кратностях шагов. При уменьшении шага полос линии 10 и 13 на рис. 3, с по сравнению с линией 1 показывают более интенсивное регулирование, при увеличении шага (линии 11 и 14) регулирование, напротив, ослабевает. Линия 12 показывает, что уже при двухкратном превышении значения шага полос над толщиной стекла фильтра угловое регулирование прекращается, т. е. шаг полос д. б. сравнимым с толщиной. Эквидистантность линий регулирования при одинаковых шагах полос наблюдается (рис. 3, б-д) до углов падения примерно до 60о, при больших углах нарушается. То же касается симметричности участков возрастания и убывания относительно характеристических углов фильтров (рис. 3, а-д). Линейная зависимость характеристик регулирования также нарушается при увеличении углов падения (в [17] показано, что и при углах до 60о зависимость незначительно отличается от линейной и линии имеют точки перегиба). При больших углах регулирование светопропуска-ния ослабляется (линии становятся более пологими), т. к. в формулах (3) и (8) абсолютные значения ширин полос становятся более значимыми, чем значения смещения.
Выбор ширин чередующихся полос влияет как на значения коэффициента светопропуска-ния и ширины интервалов его изменения, так и на ширины угловых диапазонов регулирования. Из рис. 3, а видно, что при равенстве ширин пропускающих и поглощающих полос на разных решетках горизонтальные участки отсутствуют (линии 2-5), при замене местами пропускающих и поглощающих полос на выходной решетке линии осесимметричны относительно горизонтали (линии 2 и 3 по отношению к линиям 4 и 5). При изменении характеристических углов фильтров линии эквидистантно сдвигаются вдоль угловой оси (рис. 3, б). При увеличении кратности шагов возрастает количество угловых диапазонов регулирования, причем количество периодов линий, напоминающих «синусоиды», примерно равно кратности шагов (рис. 3, г). При реверсивном падении лучей на фильтры и сохранении их характеристических углов линии полностью совпадают (на рис. 3, г линии 1 и 17 при одинаковой кратности шагов, 15 и 18 при разной кратности). Степень углового регулирования ослабляется при уменьшении толщины стекла фильтра и увеличении показателя преломления стекла (рис. 3, д).
2.2 Экспериментальные характеристики регулирования светопропускания
Для проверки результатов графоаналитического расчета угловых характеристик фильтров №1, 3, 5, 7, 11, 15 и 16 изготовлены их экспериментальные образцы. Основой фильтров являются листы из стекла марки М1 по ГОСТ 1112001 с показателем преломления п=1,5 и толщиной 4 мм. На обе поверхности наклеены по-лиэстеровые пленки с напечатанными на лазерном принтере чередующимися черными (поглощающими) полосами. Ширины полос и остальные геометрические параметры соответствуют приведенным в табл. 1. Для дополнительной сравнительной оценки светопропускания для каждого фильтра изготовлены по два образца с наклеенными только с одной стороны пленками со входными и выходными решетками, а также образцы с чистым стеклом и со стеклами с наклеенными по разным вариантам чистыми (без печати) и полностью черными пленками.
Экспериментальная установка (рис. 4) состоит из лазера с длиной волны 532 нм, двухлин-зового расширителя пучка и поворотной кассе-
ты со сменным образцом фильтра и датчиком люксметра. Азимут плоскости поляризации лазера равен d=45о, угол расхождения расширенного пучка 0,01 рад. Диаметр падающего на кассету пучка больше диаметра входной апертуры. Коэффициент направленного пропускания света определяется на основе ГОСТ 26302-93 как отношение освещенности от прошедшего через фильтр излучения к падающей освещенности, измеряемой при снятом фильтре. При принятой схеме измерения уменьшение интенсивности падающего излучения при увеличении угла падения (при повороте кассеты) по закону косинусов Ламберта не учитывается. Т. к. при расчетах это также не учитывается, то отношение измеренных освещенностей должно соответствовать отношению расчетных ширин полос по формуле (1), скорректированному с учетом формулы (14). Измерения освещенности проводятся через каждые 5о в диапазоне углов падения 0о-60о, в кото-
ром практическое применение рассматриваемого способа регулирования является наиболее востребованным.
На рис. 5 приведены угловые характеристики светопропускания фильтра №1 и дополнительных образцов. Линия 1 построена по результатам графоаналитического расчета по формуле (1), проведенного через каждые 5о (для тех же углов, как и при экспериментах), а не через 0,5о, как при построении линии 1 для этого же фильтра на рис. 3. Линия 2 является результатом корректировки линии 1 с учетом потерь на отражение и поглощение по формуле (14). Значение коэффициента поглощения для образцов из оконного стекла принято а=10 м-1 при 1=532 нм [18]. Суммарный коэффициент отражения вычислен с учетом азимута d=45о. Линия 3 построена по результатам экспериментов для фильтра №1. Среднее отклонение экспериментальной линии 3 от скорректированной расчетной линии 2 в
Рисунок 3, а-д. Расчетные угловые характеристики регулирования фильтров №1-20
диапазоне углов 0о-60о составляет -2,3% (значения коэффициента пропускания Ь по экспериментальным данным меньше расчетных в среднем на 0,023). Максимальные отклонения в меньшую и большую стороны: -4,3% при угле падения 10о и +2,3% при 60о.
Линиями 4 и 5 представлены результаты экспериментов для образцов фильтра №1 со входной и выходной решетками соответственно (обратные поверхности чистые, без пленок). Линии 4 и 5 практически эквидистантны, коэффициент пропускания выходной решетки меньше, чем у входной, в среднем на 12,85%. Это близко к расчетному значению — 12,5%, полученному по соот-
Рисунок 4. Схема измерения светопропускания фильтра при разных углах падения. 1 — лазер, 2 и 3 — линзы, 4 — поворотная кассета с фильтром и датчиком люксметра
Рисунок 5. Угловые характеристики светопропускания фильтра №1 (линии 1-5) и дополнительных образцов стекла (линии 6-15). 1 — результаты графоаналитического расчета; 2 — скорректированные результаты расчета; 3, 4 и 5 — экспериментальные данные для фильтра и его входной и выходной решеток соответственно; 6 и 7 — экспериментальные и расчетные данные для чистого стекла; 8, 9 и 10 — стекла с чистой пленкой на входной, выходной и обеих поверхностях соответственно; 11 и 12 — стекла с черной пленкой
на входной и выходной поверхностях соответственно; 13 и 14 — стекла с черной пленкой на входной и чистой пленкой на выходной поверхностях и наоборот; 15 — стекло с черной пленкой на обеих поверхностях
ношениям ширин полос (при одинаковых шагах полос 4 мм входная решетка пропускает 75% падающего излучения при ширине пропускающей полосы 3 мм, выходная решетка — 62,5% при 2,5 мм). С учетом потерь на отражение и поглощение по формуле (14) разность между средними значениями расчетных коэффициентов пропускания входной (64,97%) и выходной (54,14%) решеток в диапазоне углов 0о-60о составляет 10,83%.
Линия 6 построена по результатам экспериментов для образца из чистого стекла (без наклеенных пленок), линия 7 — по расчетам коэффициента пропускания по формуле (5) для такого же стекла. Экспериментальные данные превышают расчетные в среднем на 4,2%, при этом линии 6 и 7 эквидистантны (за исключением углов, приближающихся к 60о). Практически совпадающие линии 8 и 9 (отличие в среднем на 0,14%) показывают, что светопропуска-ние образца из чистого стекла с одной наклеенной прозрачной пленкой уменьшается в среднем на 1,69% (по сравнению с линией 6). Линия 10 для образца с двумя такими пленками показывает уменьшение в среднем на 3,59%. У образца стекла с черной пленкой на входной или выходной поверхности (совпадающие линии 11 и 12) коэффициент пропускания равен в среднем 0,0417 (4,17%). Если при этом на обратную поверхность дополнительно наклеена чистая пленка (совпадающие линии 13 и 14), то коэффициент пропускания равен в среднем 0,0201 (2,01%). Для образца с двумя черными пленками (линия 15) средний коэффициент пропускания составляет 0,0035 (0,35%).
Экспериментальные линии 4 и 5 для входной и выходной решеток фильтра №1, 6 для чистого стекла и 8-15 для дополнительных образцов эквидистантны расчетной линии 7. Во всех этих случаях наблюдается самопроизвольное изменение светопропускания в зависимости от угла падения из-за воздействия объективных физических факторов, прежде всего отражения, и в меньшей степени поглощения (формула (12)). Как известно, эти факторы начинают интенсивно влиять на светопропускание только при больших углах падения (до 30о все линии практически горизонтальны, сильное искривление начинается при углах 50о-60о). Таким образом, применение двух решеток обеспечивает дополнительное к самопроизвольному изменению светопропускания его принудительное
селективное регулирование по углам падения. На рис. 6, а-е приведены угловые характеристики светопропускания фильтров №3, 5, 7, 11, 15 и 16, построенные аналогично линиям 1-5 для фильтра №1.
В табл. 2 приведены результаты обработки экспериментальных данных для 7 фильтров в виде средних отклонений кривых 3 от кривых 2 (рис. 5 и 6) для каждого фильтра в диапазоне углов падения 0о-60о, а также максимальных отклонений в меньшую и большую стороны с указанием соответствующих углов.
В общем для всех 7 фильтров, как видно из табл. 2 и рис. 5 и 6, экспериментальные значения коэффициентов светопропускания меньше расчетных (наибольшее среднее отклонение -4,0% у фильтра №16). Светопропускание экспериментальных образцов по сравнению с расчетными данными уменьшается из-за наклеенных пленок (кривые 6 и 10 на рис. 5), прозрачные части которых являются пропускающими полосами обеих решеток. Максимальные отклонения в меньшую и большую стороны не превышают 5,6%. Результаты проведенных экспериментов полностью подтверждают полученные графоаналитическим методом угловые ха-
рактеристики регулирования светопропуска-ния фильтров.
2.3 Алгоритм расчета геометрических параметров фильтра по заданным характеристикам регулирования
Полученные выше закономерности позволяют определить геометрические параметры фильтра, удовлетворяющие требуемой и заранее заданной характеристике регулирования направленного светопропускания. Расчет параметров плоскопараллельного фильтра с толщиной стекла s и показателем преломления n производится по следующему алгоритму.
1. Заданный закон регулирования в виде угловой зависимости коэффициента направленного светопропускания приведен на рис. 7 точечной линией. При приближении углов падения к 90о требуемые значения коэффициента светопропускания стремятся к нулю вследствие возрастания коэффициента отражения. Заданная зависимость корректируется с учетом отражения по формулам Френеля и поглощения по закону Бугера-Ламберта. Скорректированная зависимость представлена штриховой линией.
Рисунок 6, а-е. Угловые характеристики светопропускания фильтров №3 (а), 5 (б), 7 (в), 11 (г), 15 (д) и 16 (е). 1 — результаты графоаналитического расчета; 2 — скорректированные результаты расчета; 3, 4 и 5 -экспериментальные данные для фильтра и его входной и выходной решеток соответственно
2. Скорректированная линия аппроксимируется ломаной с учетом закономерностей, полученных при графоаналитических расчетах. Результат показан на рис. 7 сплошной линией.
3. Определяется значение характеристического угла фильтра О. по вертикальной оси симметрии между участками убывания и возрастания ломаной линии.
4. Для определения значений ширин всех чередующихся полос и шагов полос на входной и выходной решетках фильтра на наклонном участке ломаной линии регулирования выбираются две точки (1 и 2 на рис.2 ) (16)
Для расчета по формуле (16) используется значение Ц, определенное по рис. 7. В качестве четвертого уравнения для нахождения всех неизвестных берется уравнение шагов Таким образом, определены все геометрические параметры требуемого фильтра.
Выводы
В статье представлены конструкция и принцип действия нового многослойного решеточного оптического фильтра для углового селективного регулирования светопропускания, графоаналитический метод расчета его параметров и исследование его расчетных и экспериментальных оптических угловых характеристик. Благодаря макрорешеткам с чередующимися полосами, образованным на обеих поверхностях стеклянной подложки, и их взаимному расположению, достигается угловая селективность светопропускания. Предварительный
Таблица 2. Отклонения экспериментальных значений коэффициентов светопропускания от расчетных для фильтров №1, 3, 5, 7, 11, 15 и 16
Максимальное
№ фильтра Среднее отклонение (%) отклонение при угле падения
% град % град
1 -2,3 -4,3 10 +2,3 60
3 +1,5 -1,0 0 +4,3 60
5 -0,4 -2,1 35 + 1,1 45
7 +1,1 -1,7 10 +3,7 60
11 +1,0 -0,6 40 +5,0 60
15 +0,9 -3,4 20 +5,6 60
16 -4,0 -5,6 25 — —
70 90
Incidence angle (deg)
Рисунок 7. Аппроксимация заданного закона регулирования
подбор параметров фильтра в результате графоаналитического расчета дает возможность пред-адаптации к изменению углов падения световых лучей при известной траектории источника света. Установлена степень влияния различных параметров фильтра на характеристики регулирования.
Экспериментальные данные в диапазоне углов 0о-60о находятся в хорошем согласии с расчетными. Разработан алгоритм расчета геометрических параметров фильтра для удовлетворения предварительно заданных требуемых характеристик светопропускания. Данный подход к угловому селективному регулированию светопропускания открывает перспективы для создания новой семьи фильтров с широкими возможностями применения в разных областях. Наибольший практический интерес представляет применение в архитектурном остеклении.
20.06.2013
Список литературы:
1. Macleod, H.A. Thin-Film Optical Filters, 3rd ed. (Institute of Physics, Philadelphia, Pa., 2001).
2. Fehrembach, A.-L., Maystre, D. and Sentenac, A., «Phenomenological theory of filtering by resonant dielectric gratings,» J. Opt. Soc. Am. A. 19, 1136-1144 (2002).
3. ShaojiJiang, Jianrong Li, Jijia Tang and Hezhou Wang, «Multi-channel and sharp angular spatial filters based on one-dimensional photonic crystals,» Chin. Opt. Lett. 4, 605-607 (2006).
4. Sentenac, A. and Fehrembach, A.-L., «Angular tolerant resonant grating filters under oblique incidence,» J. Opt. Soc. Am. A. 22, 475-480 (2005).
5. Li Chen, Zexuan Qiang, Hongjun Yang, Huiqing Pang, Zhenqiang Ma and Weidong Zhou, «Polarization and angular dependent transmissions on transferred nanomembrane Fano filters,» Opt. Express 17, 8396-8406 (2009).
6. Jian Zhang and Guo Ping Wang, «Simultaneous realization of transmission enhancement and directional beaming of dual-wavelength light by a metal nanoslit,» Opt. Express 17, 9543-9548 (2009).
7. Shaoji Jiang, Yan Liu and Hezhou Wang, «Narrow frequency and sharp angular one-dimensional photonic crystals inserted with heterogeneous defects,» Proc. SPIE 6020, 60202Y (2005).
8. Ferrari, J.A., Flores, J.L., Perciante, C.D. and Frins, E., «Edge enhancement and image equalization by unsharp masking using self-adaptive photochromic filters,» Appl. Opt. 48, 3570-3579 (2009).
9. Mazilu, M., Miller, A. and Donchev, V.T., «Modular Method for Calculation of Transmission and Reflection in Multilayered Structures,» Appl. Opt. 40, 6670-6676 (2001).
10. Zu-Bin Li, Jian-Guo Tian, Wen-Yuan Zhou, Wei-Ping Zang and Chunping Zhang, «Periodic dielectric bars assisted enhanced transmission and directional light emission from a single subwavelength slit,» Opt. Express 14, 8037-8042 (2006).
11. Andersen, M., Rubin, M., Powles R. and Scartezzini, J.-L., «Bi-directional transmission properties of Venetian blinds: experimental assessment compared to ray-tracing calculations,» Solar Energy 78(2), 187-198 (2005).
12. Horowitz, F., Pereira, M. B. and de Azambuja G.B., «Glass window coatings for sunlight heat reflection and co-utilization,» Appl. Opt. 50, C250-C252 (2011).
13. Барачевский, В.А., Лашков, Г.И., Цехомский, В.А. Фотохромизм и его применение. М.: Химия, 1977. 279 с.
14. Andersson, A.M., Granqvist, C.G. and Stevens, J.R., «Electrochromic Li WO3/poymer laminate/Li V2O5 device: toward an all-solid-state smart window,» Appl. Opt. 28, 3295-3302 (1989). x y
15. Sueda, K., Tsubakimoto, K., Miyanaga, N. and Nakatsuka, M., «Control of spatial polarization by use of a liquid crystal with an optically treated alignment layer and its application to beam apodization,» Appl. Opt. 44, 3752-3758 (2005).
16. Schechner, Y.Y., Shamir, J. and Kiryati, N., «Polarization and statistical analysis of scenes containing a semireflector,»J. Opt. Soc. Am. A. 17, 276-284 (2000).
17. Закируллин, Р.С. Селективное регулирование направленного светопропускания по углам падения лучей // ЖТФ. -2012. — Т. 82. — №10. — С. 134-136.
18. Nicolau, V.P. and Maluf, F.P., «Determination of radiative properties of commercial glass,» PLEA (2001).
Сведения об авторе:
Закируллин Рустам Сабирович, доцент кафедры теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики Оренбургского государственного университета, кандидат технических наук 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, ауд. 3015, тел. (3532) 37 24 26, e-mail: [email protected]
Перестраиваемый оптический фильтр, основанный на жидкокристаллической ячейке
Область техники
Предлагаемое изобретение относится к устройствам и способам для осуществления и управления оптической фильтрацией длины волны.
Описание предшествующего уровня техники
Устройства и способы, относящиеся к области спектроскопии в ближней инфракрасной (ИК) и видимой областях спектра, в настоящее время имеют большое значение в таких областях, как биология и медицина. Глобальная тенденция, направленная на предоставление пользователям портативных, носимых медицинских устройств, также способствует развитию области износоустойчивых спектроскопических устройств. Основным элементом такой технологии является оптический фильтр, который должен быть компактным и настраиваться для работы в максимально широком диапазоне длин волн с высокой точностью. Возможность перестроения работы на разных длинах волн требуется для различных спектроскопических применений, среди которых одним из самых перспективных является неинвазивное измерение уровня глюкозы в крови (Zhang W, Liu R, Zhang W, Jia H, Xu K. Discussion on the validity of NIR spectral data in non-invasive blood glucose sensing. Biomedical Optics Express. 2013). Существуют различные способы перестроения рабочего диапазона длин волн, включая основанные на MEMS (микроэлектромеханические системы с механическим контролем длины оптического пути), фильтр типа Маха-Цендера, или перестраиваемые фильтры, работа которых основана на акустооптике. Другой перспективный класс решений состоит из устройств с жидкими кристаллами, которые обладают некоторыми преимуществами, в том числе отсутствием механических движущихся частей и меньшим потреблением энергии.
Однако, предлагаемые в настоящее время устройства и способы для перестроения рабочего диапазона длин волн имеют сложную конструкцию, что ограничивает их использование в портативном компактном виде, либо используют высокие напряжения, необходимые для управления толстыми слоями жидких кристаллов, чтобы повысить производительность.
Существуют различные устройства, работающие в области техники, касающейся перестроения рабочего диапазона длин волн, в которых используются жидкие кристаллы.
Одним из аналогов предлагаемого изобретения является, например, документ US 6992809 B1. Описанное устройство представляет собой ангулярно распределенные замедляющие элементы одинакового двулучепреломления, расположенные друг за другом.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, что делает всю систему громоздкой, более того, элементы жидкокристаллического замедлителя требуют дополнительной мощности.
Аналогичный подход продемонстрирован в устройствах и способах, раскрытых в патентах US 2012/0268709 A1 и US 7167230 B2, в которых перестроение и выбор рабочего диапазона длин волн осуществляется посредством управления множеством эталонных жидкокристаллических модулей Фабри-Перо, соединенных каскадно. Такие системы имеют те же недостатки, что и описанные выше, а именно сложность конструкции, состоящая в использовании большого количества элементов для управления светом.
Необходимо отметить, что в документе US 7167230 B2 раскрыто выполнение перестроения рабочего диапазона длин волн путем приложения напряжения к двум жидкокристаллическим отражателям и пропускания освещения через полосовой фильтр, который помещается в середину устройства между отражателями. Основным недостатком этого устройства является то, что вся схема включает в себя два жидкокристаллических элемента, что означает двойное потребление энергии, кроме того, дополнительный элемент — полосовой фильтр — усложняет систему и ограничивает ее общий размер.
Сущность изобретения
Предлагается перестраиваемый оптический фильтр, содержащий: источник света, поляризатор, входной оптический элемент, жидкокристаллическую ячейку, содержащую электроды, без зазоров прилегающую к входному оптическому элементу, выходной оптический элемент, без зазоров прилегающий к жидкокристаллической ячейке, блок управления, выполненный с возможностью подачи заданного значения напряжения на жидкокристаллическую ячейку через электроды. Причем входной оптический элемент и выходной оптический элементы имеют одинаковый показатель преломления, больший показателя преломления жидкокристаллической ячейки без подачи на нее напряжения. Входной оптический элемент, жидкокристаллическая ячейка и выходной оптический элемент наклонены по отношению к падающему оптическому излучению от источника света под углом, обеспечивающим: полное внутреннее отражение для диапазона длин волн падающего оптического излучения внутри входного оптического элемента от границы раздела входного оптического элемента и жидкокристаллической ячейки, когда заданное напряжение не подается на жидкокристаллическую ячейку, и прохождение рабочей части диапазона длин волн оптического излучения через жидкокристаллическую ячейку и выходной оптический элемент, и полное внутреннее отражение оставшейся части диапазона длин волн оптического излучения внутри входного оптического элемента от границы раздела входного оптического элемента и жидкокристаллической ячейки, когда заданное напряжение подается на жидкокристаллическую ячейку. Причем заранее определено соответствие между упомянутой рабочей частью диапазона и заданным значением напряжения.
Причем источник света может испускать когерентное коллимированное оптическое излучение или источник света может испускать некогерентное коллимированное оптическое излучение. Поляризатор может представлять собой поляризационную пластину. Причем поляризатор может представлять собой поляризатор на основе проволочной сетки или поляризатор может представлять собой тонкопленочный поляризатор. Входной оптический элемент может быть выполнен из фотополимера. Выходной оптический элемент может быть выполнен из фотополимера. Входной и выходной оптические элементы могут быть выполнены из стекла. Каждый из входного оптического элемента и выходного оптического элемента может быть оптическим волокном. Причем каждый из входного оптического элемента и выходного оптического элемента могут быть голографическим оптическим элементом. Каждый из входного оптического элемента и выходного оптического элемента могут быть призмой, выполненной из фотополимера.
Также предлагается способ перестроения длины волны, содержащий этапы, на которых: испускают оптическое излучение; поляризуют оптическое излучение; направляют поляризованное оптическое излучение на входной оптический элемент, жидкокристаллическую ячейку, прилегающую к оптическому элементу без зазоров, выходной оптический элемент, прилегающий к жидкокристаллической ячейке без зазоров, подают заданные значения напряжения на жидкокристаллическую ячейку. Причем входной оптический элемент, жидкокристаллическая ячейка и выходной оптический элемент наклонены по отношению к оптическому излучению от источника света на угол, обеспечивающий прохождение рабочей части диапазона длин волн оптического излучения через жидкокристаллическую ячейку и выходной оптический элемент, и полное внутреннее отражение оставшейся части диапазона длин волн оптического излучения внутри входного оптического элемента от границы раздела входного оптического элемента и жидкокристаллической ячейки, когда заданное значение напряжение подается на жидкокристаллическую ячейку. Причем заранее определено соответствие между упомянутой рабочей частью диапазона и заданным значением напряжения. Источник света может испускать когерентное коллимированное оптическое излучение или источник света может испускать по меньшей мере одно некогерентное коллимированное оптическое излучение. Причем поляризация оптического излучения может осуществляться через поляризатор, представляющий собой поляризационную пластину. Поляризация оптического излучения может также осуществляться через поляризатор, представляющий собой поляризатор на основе проволочной сетки. Поляризация оптического излучения может осуществляться через тонкопленочный поляризатор. При этом каждый из входного оптического элемента и выходного оптического элемента может быть оптическим волокном. Каждый из входного оптического элемента и выходного оптического элемента может быть голографическим оптическим элементом. В другом варианте осуществления каждый из входного оптического элемента и выходного оптического элемента может быть призмой, выполненной из фотополимера.
Краткое описание чертежей
Вышеописанные и другие признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются в последующем описании, иллюстрируемом чертежами, на которых представлено следующее:
Фиг. 1 распределение показателя преломления по толщине жидкокристаллической ячейки для различных значений напряжения для двух произвольных длин волн.
Фиг. 2 общая схема перестраиваемого оптического фильтра на основе жидкокристаллической ячейки.
Фиг. 3 теоретические зависимости пропускания инфракрасного излучения через жидкокристаллическую ячейку при приложении разных значений напряжения;
Фиг. 4 устройство перестраиваемого оптического фильтра в спектрометре;
Фиг. 5 экспериментальные зависимости пропускания инфракрасного излучения через жидкокристаллическую ячейку при приложении разных значений напряжения.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение предназначено для обеспечения компактного и надежного решения для перестроения рабочего диапазона длин волн излучения, падающего на фильтр. Основными задачами, которые решает настоящее изобретение, являются:
— Упрощение конструкции, вызванной использованием множества различных жидкокристаллических элементов для последовательного отбора требуемой длины волны;
— Уменьшение потребления энергии, которое в прототипах возрастает за счет использования высоких напряжений для работы толстых слоев жидких кристаллов, которые выровнены ортогонально лучу падающего излучения.
Предлагаемое изобретение позволяет выполнять перестроение рабочего диапазона длин волн заданным образом посредством использования единственной жидкокристаллической ячейки, что уменьшает размер устройства, а также энергию, потребляемую предлагаемым устройством. Предлагаемое изобретение может быть использовано для работы с излучениями как в ИК, так и в видимой части спектра.
Предлагаемое устройство содержит оптические элементы и жидкокристаллическую ячейку, расположенные под таким углом к падающему пучку, что происходит эффект полного внутреннего отражения падающего пучка во входном оптическом элементе на границе раздела входного оптического элемента и жидкокристаллической ячейки, в этом случае падающее излучение не может пройти через жидкокристаллическую ячейку. Напряжение, приложенное к жидкокристаллической ячейке, изменяет градиент показателя преломления жидкокристаллической ячейки и, таким образом, нарушает эффект полного внутреннего отражения для некоторых длин волн или диапазона длин волн из полного спектра падающего излучения, которое поступает в жидкокристаллическую ячейку. Рассматривается изменение именно градиента показателя преломления, поскольку изменение условия распространения светового пучка в ЖК ячейке вносит вклад в эффект перестроения рабочего диапазона длин волн. В каждой точке внутри жидкокристаллической ячейки имеется свой показатель преломления.
На фигуре 1 показано распределение показателя преломления по толщине жидкокристаллической ячейки для различных значений приложенного к ячейке напряжения для двух произвольных длин волн, кривые 1, 2, 3 для показателей преломления двух произвольных длин волн показаны сплошной и пунктирной линией. Как показано на фигуре 1, жидкокристаллическая ячейка состоит из слоя жидких кристаллов между слоями стекла, A — толщина жидкокристаллической ячейки, B — толщина слоя жидких кристаллов. Молекулы жидкого кристалла ориентированы по-разному, хотя и существует преимущественное направление их ориентации. Количество молекул, приобретающих определенную ориентацию, стремится к максимуму с увеличением напряжения, прикладываемого к ячейке. Необходимо отметить, что без приложения напряжения жидкокристаллическая ячейка также обладает градиентом показателя преломления. Если напряжение не приложено к жидкокристаллической ячейке, то для некоторых длин волн имеет место условие полного внутреннего отражения, это условие определяется дисперсией слоя жидких кристаллов и длинами волн падающего излучения.
Жидкокристаллическая ячейка объединена с двумя оптическими элементами, предназначенными для обеспечения надлежащего угла падения на жидкокристаллическую ячейку и параллельного выравнивания падающего и выходящего пучков относительно друг друга.
Применение оптических элементов обязательно, поскольку, как известно, полное внутренне отражение невозможно при переходе из менее плотной оптической среды (из воздуха) в более плотную оптическую среду (жидкокристаллическую ячейку). Учитывая, что показатель преломления жидкокристаллической ячейки n2 > 1 («1» -показатель преломления воздуха) для некоторого диапазона длин волн, для достижения эффекта полного внутреннего отражения в отсутствии напряжения, прикладываемого к жидкокристаллической ячейке, необходимо использовать материал входного оптического элемента с показателем преломления (n1), исходя из условия n1 > n2. Значения n1 и n2, а следовательно, оптические элементы и жидкокристаллическая ячейка, подбираются для каждого желаемого диапазона длин волн, в котором необходимо осуществлять перестроение. Как известно, синус угла полного внутреннего отражения определяется как
То есть, например, в случае, когда n1 ≈ 1.723 и n2 ≈ 1.5, где в данном примере n1 — показатель преломления стекла «тяжелого флинта», n2 — значение показателя преломления обычного стекла, поскольку слой жидких кристаллов на границе раздела между оптическим элементом и жидкокристаллическим элементом имеет примерно такой же показатель преломления, как и показатель преломления обычного стекла, предельный угол полного внутреннего отражения равен, примерно 60°. В таком случае оптическая схема выглядит практически идентично показанной на фигуре 2. При изменении напряжения на жидкокристаллической ячейке изменяется показатель преломления жидкокристаллической ячейки, и для некоторого диапазона длин волн из спектра излучения, падающего на жидкокристаллическую ячейку, происходит устранение условий возникновения эффекта полного внутреннего отражения. В этом случае часть падающего излучения проходит сквозь жидкокристаллическую ячейку.
Чтобы вывести это излучение из жидкокристаллической ячейки и добиться параллельности входного и выходного пучков (в целях удобства настройки и уменьшения габаритов устройств) за жидкокристаллической ячейкой размещается выходная оптическая среда (выходной оптический элемент) с показателем преломления n1. В этом случае выходящий из выходного оптического элемента пучок излучения параллелен пучку, падающему на входной оптический элемент, расположенный перед жидкокристаллической ячейкой.
Оптические элементы с показателем преломления n1 могут быть различными — как на основе стекла, так и на основе иных материалов с подходящим показателем преломления. Точно так же не столь существенна и геометрия оптических элементов, критически важным для перестроения рабочего диапазона длин волн является именно падение входного излучения под углом, обеспечивающим эффект полного внутреннего отражения в начальный момент — с отключенным напряжением. И в этом смысле, если форма оптических элементов позволяет обеспечить выполнение данного условия, то она не столь существенна. Таким образом, ячейка может быть расположена параллельно падающему пучку, если за счет формы элементов пучок будет падать на входной оптический элемент под указанным углом.
Таким образом, предлагаемое оптическое устройство для перестроения рабочего диапазона длин волн состоит из следующих элементов: — источник света, который испускает оптическое излучение к образцу, причем свет от источника света падает на образец и отражается от образца;
-коллиматор, коллимирующий оптическое излучение, отраженное от образца;
— поляризатор, который поляризует оптическое излучение, отраженное от образца;
— по меньшей мере один входной оптический элемент, расположенный после поляризатора;
— скрученная нематическая жидкокристаллическая ячейка, покрытая двумя слоями оксида индия-олова (ITO) с прикрепленными к ней электродами, расположенная после входного оптического элемента, и плотно прилегающая к нему без зазоров, причем входной оптический элемент имеет такой показатель преломления и жидкокристаллическая ячейка имеет такой показатель преломления для желаемого диапазона длин волн и наклонены на такой критический угол к поляризованному оптическому излучению, что обеспечивается эффект полного внутреннего отражения поляризованного оптического излучения для этого диапазона длин волн на границе между входным оптическим элементом и жидкокристаллической ячейкой;
— выходной оптический элемент, расположенный после жидкокристаллической ячейки и плотно прилегающий к ней без зазоров и имеющий показатель преломления, совпадающий с показателем преломления первого оптического элемента, чтобы сохранить начальное направление оптического излучения;
— блок управления, который генерирует управляющий сигнал, подаваемый на жидкокристаллическую ячейку через электроды.
Также предлагается способ перестроения рабочего диапазона длин волн, который состоит из этапов, на которых осуществляется:
— испускание по меньшей мере одного оптического излучения от источника излучения;
— поляризация оптического излучения, испускаемого источником излучения;
— пропускание поляризованного оптического излучения через входной оптический элемент и жидкокристаллическую ячейку, соединенную с первым оптическим элементом без зазоров, причем оптический элемент и жидкокристаллическая ячейка имеют такие показатели преломления для желаемого диапазона длин волн, что поляризованное оптическое излучение в желаемом диапазоне длин волн подвергается эффекту полного внутреннего отражения на границе между входным оптическим элементом и жидкокристаллической ячейкой,
— приложение напряжения к жидкокристаллической ячейке, которое обеспечивает изменение показателя преломления жидкокристаллической ячейки для диапазона длин волн, падающего на жидкокристаллическую ячейку, и нарушение эффекта полного внутреннего отражения поляризованного оптического излучения на границе между входным оптическим элементом и жидкокристаллической ячейкой только для рабочего диапазона оптического излучения;
— пропускание оптического излучения с перестроенным спектром через выходной оптический элемент, расположенный после жидкокристаллической ячейки;
Ключевыми отличиями предлагаемого изобретения от решений, раскрытых в предшествующем уровне техники, является использование единственной жидкокристаллической ячейки, плотно прилегающей без зазоров к входному и выходному оптическим элементам.
Общая схема оптического фильтра на основе жидкокристаллической ячейки, согласно предлагаемому изобретению, показана на фигуре 2. Пучок излучения, например, отраженного от образца,(обозначенный стрелкой), проходит через поляризатор 1 и падает на входной оптический элемент 2, который прикреплен без зазоров к поверхности нематической жидкокристаллической ячейки 3, управляемой напряжением, подаваемым через электроды 4 и 5, соединенными со слоями оксида олова индия (ITO), покрывающего жидкокристаллическую ячейку. После прохождения через жидкокристаллическую ячейку пучок излучения проходит через выходной оптический элемент 6.
Пунктирная линия на фигуре 2 показывает возможный путь излучения в случае полного внутреннего отражения внутри входного оптического элемента от границы раздела входного оптического элемента и жидкокристаллической ячейки, при этом излучение полностью отражается, попадает обратно во входной элемент и выходит наружу через одну из граней входного элемента. При приложении напряжения к жидкокристаллической ячейке изменяется ее градиент показателя преломления. Это приводит к изменениям дисперсии в ЖК ячейке и создаются условия пропускания излучения только в рабочем диапазоне длин волн. Каждому значению приложенного напряжения соответствует своя дисперсия жидкокристаллической ячейки, то есть зависимость пространственного распределения показателя преломления в толще ячейки от длины волны. Таким образом, каждое из значений приложенного напряжения определяет свой спектр пропускания жидкокристаллической ячейки. В этом случае условия для эффекта полного внутреннего отражения во входном оптическом элементе устраняются только для части диапазона длин волн падающего поляризованного оптического излучения, то есть, часть излучения, для которой эффект полного внутреннего отражения перестает выполняться, проходит через жидкокристаллическую ячейку, попадает в выходной оптический элемент вдоль пути, показанного сплошной линией на фиг. 2, и выходит, попадая на датчик.
Численно рассчитанные спектры прошедшего излучения, наблюдаемые при разных значениях напряжения, приложенных к жидкокристаллической ячейке, показаны на фиг.3. Показан перестраиваемый диапазон длин волн, который определяется задачами пользователя. Например, необходимо получить информацию о глюкозе в крови человека методами оптической спектроскопии. Подобные исследования проводятся в диапазоне длин волн 1400-1650 нм, поскольку такое излучение обладает наибольшей проникающей способностью в биологические ткани. В этом диапазоне представляется целесообразным перестраивать рабочие длины волн, пропускаемые жидкокристаллической ячейкой, с целью обнаружить сигналы, соответствующие отражению излучения от молекул глюкозы в крови, которые, в свою очередь, максимальны на длине волны порядка 1500-1600 нм.
Исходя из требований к указанному диапазону рабочих длин волн конструируется фильтр, а именно, подбирается необходимая толщина слоя жидкокристаллической ячейки, выбирается материал входного и выходного оптических элементов, а также определяются рабочие значения напряжений, прикладываемые к жидкокристаллической ячейке. Толщина слоя жидкокристаллической ячейки и материал оптических элементов подбираются эмпирически, после предварительного математического моделирования. Зная значение дисперсии материалов, а также спектр источника излучения на входе ячейки и предполагаемые толщины материалов, можно смоделировать спектр излучения на выходе. Возможность изменять градиент показателя преломления какой-либо определенной жидкокристаллической ячейки ограничена ее параметрами — толщиной и типом кристаллов. То есть представляется целесообразным рассчитать и изготовлять жидкокристаллическую ячейку для конкретного заданного рабочего диапазона длин волн, а потом изменять диапазон пропускания этой жидкокристаллической ячейки в этих пределах путем подачи требуемого напряжения.
Пользователь может исследовать, как ведет себя образец в требуемом рабочем диапазоне длин волн, то есть исследовать спектр отражения образца в рабочем диапазоне длин волн: какова степень пропускания образца, какова степень поглощения в выбранном диапазоне и т.п.
На фигуре 3 показаны три графика зависимости нормированного коэффициента пропускания излучения жидкокристаллической ячейкой от длины волны, соответствующие разным значениям напряжения, приложенного к жидкокристаллической ячейке, имеющий перестраиваемый диапазон длин волн в данном случае от 1400 нм до 1650 нм. Когда значение напряжения максимально, зависимость нормированного коэффициента пропускания жидкокристаллической ячейки от длины волны падающего излучения представлена на фигуре 3 в положении справа и обозначена как ʺначальный спектрʺ. Необходимо отметить, что нормированный коэффициент пропускания — это коэффициент пропускания после деления на его максимальное значение, график строится для нормированного коэффициента пропускания для наглядности.
После того как уменьшают напряжение до некоторого промежуточного значения, происходит изменение показателя преломления ячейки для рабочего диапазона длин волн и, соответственно, изменение спектрального состава излучения, проходящего через ячейку. Процесс уменьшения напряжения и процесс изменения показателя преломления, идут практически одновременно, задержка между ними обусловлена конечным временем отклика молекул жидких кристаллов на приложенное напряжение и составляет миллисекунды. В этом случае график зависимости нормированного коэффициента пропускания жидкокристаллической ячейки от длины волны падающего излучения представлен на фигуре 3 в центре и обозначен как «средний спектр». Из графика видно, что при уменьшении напряжения кривая указанной зависимости сместилась влево, что показывает диапазон длин волн, который теперь пропускает жидкокристаллическая ячейка. Аналогично зависимость ведет себя и при дальнейшем уменьшении напряжении до некоторого минимального значения — диапазон длин волн, который пропускает жидкокристаллическая ячейка смещается левее. Эта кривая обозначена как «конечный спектр». В данном примере показано перестроение рабочего диапазона длин волн жидкокристаллической ячейки при уменьшении напряжения, что соответствует смещению диапазона длин волн, который пропускает жидкокристаллическая ячейка справа налево, как это показано стрелками на фигуре 3.
Предпочтительный вариант предлагаемого настраиваемого оптического фильтра предполагает его использование как части компактного ближнего инфракрасного спектрометра, например, такого, как описан в документе Burns, Donald; Ciurczak, Emil, eds. (2007), Handbook of Near-Infrared Analysis, Third Edition (Practical Spectroscopy), стр. 349-369. Спектрометры такого типа восстанавливают спектр излучения, отраженного от образца, например, от ткани кожи человека (см., например, документ S. Boyd, L. Vandenberghe, Convex Optimization (Cambridge University Press, Cambridge, 2004). Для такого спектрометра требуется оптический фильтр, который позволяет получать набор различных спектров отраженного от образца излучения.
На практике при исследовании спектра отражения образца требуется измерить интегральный сигнал, полученный после отражения излучения источника от образца и пропускания его через жидкокристаллическую ячейку. Значение этого сигнала определяется рабочим диапазоном длин волн жидкокристаллической ячейки. Чем больше различных диапазонов пропускания жидкокристаллической ячейки используется (путем приложения напряжения), тем большее количество значений сигнала от образца можно получить. Эти значения в дальнейшем используются в восстановлении спектра отражения образца, и чем этих значений больше, тем точнее можно восстановить спектр.
На фигуре 4 показано устройство перестраиваемого оптического фильтра в спектрометре согласно изобретению. Корпус 1 спектрометра включает в себя набор светодиодов 2, испускающих излучение, характеризующееся некоторым постоянным спектром. Излучение падает на образец (на фигуре 4 не показан), после отражения от образца излучение проходит через коллимирующую линзу 3, прикрепленную к корпусу спектрометра с помощью крепления 4. Коллимированное излучение пропускается через поляризатор 5, прикрепленный к корпусу спектрометра с помощью крепления 6. Поляризатор нужен для подачи в жидкокристаллическую ячейку света с определенным состоянием поляризации, в данном случае плоскость поляризации на входе в ячейку должна быть перпендикулярно плоскости прямоугольной ячейки. Ячейка максимально чувствительна именно к такому состоянию, то есть вышеуказанный эффект достигается при использовании света, поляризованного именно таким образом. Излучение после поляризатора последовательно проходит через входной оптический элемент 7, жидкокристаллическую ячейку 8, если к ней приложено напряжение, и выходной жидкокристаллический элемент 9. Излучение от выходного оптического элемента переходит к фотодетектору 10, подключенному к блоку управления 11. Блок управления получает электрический сигнал, соответствующий световой энергии, регистрируемой фотодетектором, а также управляет напряжением, которое прикладывается к жидкокристаллической ячейке с помощью электродов 12 и 13, связанных с ITO-слоем. Электроды также служат в качестве опор для присоединения входной и выходной призм и жидкокристаллической ячейки к корпусу спектрометра.
Фотодетектор 10 регистрирует интегральный сигнал, поступающий с выхода призмы, расположенной после жидкокристаллической ячейки. Фотодетектор собирает всю световую энергию с выходного оптического элемента, то есть интегральный сигнал, который используется при реконструкции спектра, отраженного от образца.
Далее решается задача определения спектра отражения излучения от образца. Для этого используется решение уравнения
a * x=b (1),
где a — калибровочная матрица размера ((MxN)),
М — количество строк матрицы, равно количеству значений напряжения, подаваемого на жидкокристаллическую ячейку
N — количество столбцов, количество точек, которые описывают спектр и определяют разрешение, с которым его можно восстановить (пример, при N=100 и в диапазоне длин волн 1200-1800 нм мы сможем восстановить спектр с шагом (1800-1200)/100=6 нм). Необходимо отметить, что N задается на основании требований к спектральному разрешению. То есть, если необходимо восстановить спектр, например, с шагом 6 нм в диапазоне 1200-1800 нм, нужно выбрать N равным 100,
x — неизвестный спектр отражения образца — вектор размерности (Nx1),
b — сигнал от фотодетектора размерности (Mx1).
С учетом размерности выражение выше выглядит как —
a(MxN) * x(Nx1)=b(Mx1).
Калибровочная матрица a формируется следующим образом — для каждого значения напряжения общим количеством M измеряется при помощи обычного спектрометра спектр излучения калибровочного источника (светодиода), прошедшего через ЖК ячейку. Один спектр — сигнал размерности 1xN. Таким образом, набор спектров пропускания излучения калибровочного источника через ЖК ячейку для всех значений напряжения — MxN.
Освещая при помощи калибровочного источника образец и меняя напряжение на ЖК ячейке, получают набор значений сигнала фотодетектора, установленного на выходе ЖК ячейки. Для того же набора значений напряжений M получают набор значений сигнала фотодетектора — Mx1.
Обладая калибровочной матрицей a и сигналом на фотодетекторе b, определяют спектр отражения образца x из выражения (1).
Калибровочная матрица а измеряется на этапе сборки спектрометра и требует использования дополнительного спектрометра, который регистрирует различные спектры излучения, генерируемого светодиодами, на выходе жидкокристаллической ячейки при различных значениях приложенного напряжения. Некоторые типичные спектры, измеренные на выходе жидкокристаллической ячейки при разных значениях напряжения, показаны на фигуре 5, они демонстрируют работу ячейки при различных уровнях прикладываемого напряжения. Фигура 5 служит для демонстрации работы фильтра с использованием экспериментальных данных. Сплошной кривой обозначен спектр, полученный при приложении напряжения 3,8 В, пунктирной кривой обозначен спектр, полученный при приложении напряжения 4,3 В, точечной кривой обозначен спектр, полученный при приложении напряжения 4,8 В. Чтобы восстановить спектр отражения образца, необходимо получить сигнал b и фильтровать излучение, отраженное от образца, и проходящее через жидкокристаллическую ячейку. Точный спектр определяется путем решения вышеупомянутого выражения.
Хотя изобретение описано в связи с некоторыми иллюстративными вариантами осуществления, следует понимать, что сущность изобретения, не ограничивается этими конкретными вариантами осуществления. Напротив, предполагается, что сущность изобретения включает в себя все альтернативы, коррекции и эквиваленты, которые могут быть включены в сущность и объем формулы изобретения.
Кроме того, изобретение сохраняет все эквиваленты заявляемого изобретения, даже если пункты формулы изобретения изменяются в процессе рассмотрения.

На смену «сэндвичу»: учёные разработали сверхминиатюрный оптический фильтр
Научно-исследовательская группа, в состав которой вошли учёные Сибирского федерального университета и ФИЦ КНЦ СО РАН, а также учёные из Швеции и США, предложила сверхминиатюрные устройства, позволяющие выделять из широкополосного оптического излучения сверхузкую спектральную линию в видимом и инфракрасном диапазонах спектра и управлять её положением.
Отметим, что создание высокодобротных выделяющих фильтров для различных спектральных диапазонов, имеющих преимущества перед существующими устройствами, является одной из приоритетных задач современной оптики.
Основные результаты исследования опубликованы в одном из авторитетных международных научных журналов Optics Express. Результаты исследования могут использоваться как в области перспективных телекоммуникационных устройствах, так и в медицинской диагностике.
«Недостатком традиционных устройств, предназначенных для фильтрации оптического излучения — монохроматоров, являются значительные габариты и высокая стоимость. В нашей работе мы предложили достаточно миниатюрную конструкцию — пластинку размером 3×3 миллиметра, состоящую из нескольких тысяч периодически расположенных наноразмерных частиц в форме дисков. Эти нанодиски расположены по углам элементарной квадратной ячейки размером менее длины волны света. Совокупность таких ячеек образует решётку, содержащую тысячи подобных элементов. Действие этой пластинки основано на проявлении так называемых коллективных решёточных резонансов, возникающих в результате синхронизированного взаимодействия электромагнитных полей от отдельных частиц и внешнего поля», — рассказал один из авторов работы, старший научный сотрудник СФУ Валерий Герасимов.
Учёные сообщают, что размеры этих пластинок можно увеличить от нескольких миллиметров (для применения в миниатюрных спектральных селекторах оптоволоконной связи) до сантиметров.
«В последнем случае, в отличие от монохроматоров, мы можем не просто измерить выделенный энергетический поток монохроматического излучения, а получить двумерное растровое изображение объекта на определённой длине волны. При этом небольшим наклоном пластинки (на несколько градусов) осуществляется тонкая перестройка выделяемой спектральной линии по длине волны. Такие возможности предложенных фильтров открывают перспективы их применения, в частности, в методах медицинской биолюминесцентной диагностики», — сообщил соавтор исследования, выпускник СФУ, постдок Института оптики Рочестерского университета Илья Рассказов.
В качестве материала наночастиц исследователи протестировали ряд соединений — ниобат лития, диоксид титана, арсенид галлия, а также кремний и германий. Их особенностью является полная прозрачность в применяемом спектральном диапазоне, в которой неожиданно кроется секрет успешности предложенного мини-фильтра.
«Если раздробить любой из этих материалов на наночастицы и затем выстроить их в периодическую структуру, то вся совокупность частиц начнёт работать как зеркало — то есть, полностью отражать строго определённую длину волны, хотя материал сам по себе на это не способен. Ведь типичная основа любого зеркала — это всё же непрозрачный металл. Это поразительно и ещё раз доказывает, что материалы, какими мы их знаем в обычной жизни, и эти же материалы на уровне наночастиц, могут вести себя совершенно по-разному», — отметил ведущий научный сотрудник СФУ Сергей Полютов.
Заменой материала частиц достигается возможность смены спектрального диапазона, в котором используется фильтр. Имея набор таких фильтров, можно охватить ими спектральный диапазон выделяемых монохроматических длин волн от 500 до 5000 нм и более. Сконструированное устройство сверхтонкое и однослойное, в отличие от традиционных интерференционных фильтров, напоминающих «сэндвич» из множества слоёв. А ещё эти структуры обладают масштабной инвариантностью: увеличив размер частиц в два раза, можно вдвое увеличить длину волны выделяемой спектральной линии, что упрощает их изготовление для той или иной длины волны.
«Современная фундаментальная наука зачастую подвергается критике из-за того, что новые научные разработки остаются невостребованными и нереализованными в прикладных направлениях исследований. Авторы разработок не всегда уделяют должное внимание практической значимости новых идей и возможности их воплощения в инновационные изделия, создание которых открывает новые перспективы в производстве высокотехнологических изделий, повышающих качество жизни людей. Результаты же наших фундаментальных исследований могут быть использованы здесь и сейчас, ведь современные технологии уже позволяют синтезировать подобные структуры с помощью оборудования ведущих научных центров мира. До массового производства пока далеко, но прототипы появляются и, безусловно, возможность практического применения – например, в медицине для усовершенствования систем диагностики или в области теле-коммуникации — это огромное преимущество нашей масштабной работы в области нанофотоники», — заключил руководитель исследования, профессор СФУ и ведущий научный сотрудник Института физики ФИЦ КНЦ СО РАН Сергей Карпов.
Работа поддержана грантом РНФ (проект 18-13-00363).
Добавим, комплексное развитие направления «спектроскопия и квантовая химия» в СФУ поддержано Проектом 5-100.
Длиннопроходный фильтр
Боросиликатное флоат-стекло Borofloat® 2
Schott RG9 или аналогичный 2
Schott WG280 или аналогичный 2
Schott WG295 или аналогичный 2
Schott WG305 или аналогичный 2
Schott WG320 или аналогичный 2
Schott GG395 или аналогичный 2
Schott GG400 или аналогичный 3
Schott GG420 или аналогичный 2
Schott GG435 или аналогичный 2
Schott GG455 или аналогичный 3
Schott GG475 или аналогичный 2
Schott GG495 или аналогичный 2
Schott OG515 или аналогичный 3
Schott OG530 или аналогичный 2
Schott OG550 или аналогичный 3
Schott OG570 или аналогичный 2
Schott OG590 или аналогичный 2
Schott RG610 или аналогичный 3
Schott RG630 или аналогичный 2
Schott RG645 или аналогичный 2
Schott RG665 или аналогичный 2
Schott RG695 или аналогичный 2
Schott RG715 или аналогичный 3
Schott RG780 или аналогичный 3
Schott RG830 или аналогичный 3
Schott RG850 или аналогичный 3
Schott RG1000 или аналогичный 2
Shortpass Filters — Короткочастотный фильтр
10SWF-1000-B Оптический фильтр, короткий проход, 25.4 мм, отсечка 1000 нм, пропускание 475-980 нм
На складе
€ 122
10SWF-1000-B Оптический фильтр, короткий проход, 25.4 мм, отсечка 1000 нм, пропускание 475-980 нм
10SWF-450-B Оптический фильтр, короткий проход, 25,4 мм, отсечка 450 нм, пропускание 415-440 нм
На складе
€ 122
10SWF-450-B Оптический фильтр, короткий проход, 25.4 мм, отсечка 450 нм, пропускание 415-440 нм
10SWF-500-B Оптический фильтр, короткий проход, 25,4 мм, отсечка 500 нм, пропускание 415-490 нм
На складе
€ 122
10SWF-500-B Оптический фильтр, короткий проход, 25.4 мм, отсечка 500 нм, пропускание 415-490 нм
10SWF-550-B Оптический фильтр, короткий проход, 25,4 мм, отсечка 550 нм, пропускание 415-540 нм
На складе
€ 122
10SWF-550-B Оптический фильтр, короткий проход, 25.4 мм, отсечка 550 нм, пропускание 415-540 нм
10SWF-600-B Оптический фильтр, короткий проход, 25,4 мм, отсечка 600 нм, 415-590 нм Trans.
На складе
€ 122
10SWF-600-B Оптический фильтр, короткий проход, 25.4 мм, отсечка 600 нм, 415-590 нм Trans.
Оптические фильтры — Sydor Optics
Узкие фильтры
Режекторные фильтры
могут быть изготовлены в соответствии с самыми строгими требованиями для использования в лазерной флуоресценции, многофотонной микроскопии, рамановской спектроскопии и других приложениях для высокоскоростной визуализации. Как и в случае с другими типами оптических фильтров, Sydor Optics может изготавливать специальные режекторные фильтры в соответствии с вашими конкретными потребностями и приложениями.
Краевые фильтры
Как и другие виды оптических фильтров, краевые фильтры предназначены для разделения широкого спектра света на свет, который проходит, и свет, который отклоняется или блокируется. Краевые фильтры могут использоваться для уменьшения гармоник и светорассеяния и могут быть изготовлены для работы в качестве длиннопроходных, короткополосных или полосовых фильтров.
Фильтры нейтральной плотности (ND)
Фильтры нейтральной плотности могут использоваться для снижения интенсивности света путем отражения или поглощения света определенной длины волны.Фильтры нейтральной плотности (ND) уменьшают интенсивность света, поглощая или отражая свет, и обеспечивают равномерное ослабление на указанных длинах волн.
Инфракрасные (ИК) фильтры
Инфракрасные фильтры обеспечивают высокое пропускание в ИК-спектре и сильное подавление, чтобы изолировать даже самую узкую полосу длин волн. Как следует из их названия, ИК-фильтры могут быть изготовлены для использования в самых суровых условиях FLIR, безопасности, окружающей среды и других инфракрасных приложений.
Ультрафиолетовые (УФ) фильтры
Ультрафиолетовые (УФ) фильтры используются для блокировки ультрафиолетового света (УФ-блокировка), но пропускают видимый свет.Sydor Optics может изготавливать индивидуальные УФ-фильтры для удовлетворения ваших конкретных потребностей и приложений, включая комбинирование УФ-фильтров с другими (полосовыми / длиннопроходными) оптическими фильтрами.
Широкополосные фильтры
В то время как определенные виды оптических фильтров используются для сужения диапазонов длин волн, широкополосные фильтры предназначены для противоположного действия: обеспечивают исключительную передачу в широком диапазоне длин волн (но все же исключают или отклоняют остальные). Sydor Optics может изготавливать специальные широкополосные фильтры различных форм и размеров для удовлетворения ваших конкретных потребностей и приложений.
Оптический фильтр
— обзор
6.5.3 Акустооптические фильтры
Другая категория оптических фильтров — это акустооптический (АО) эффект. Акустооптические фильтры (AOF) основаны на решетках Брэгга, но создаются акустическими волнами, распространяющимися в материалах AO кристаллов. Эффект АО для применений в оптических устройствах в первую очередь основан на фотоупругих свойствах, которые вносятся зависимым от давления показателем преломления. Популярные АО-материалы, используемые для АОФ, включают молибдат свинца (PbMoO ₄), диоксид теллура (TeO ₂) и кварц (SiO ₂).
Как показано на рис. 6.5.8, акустическая волна генерируется пьезоэлектрическим преобразователем, управляемым радиочастотным генератором, и распространяется как плоская волна внутри твердого прозрачного материала. Эта акустическая волна создает движущуюся периодическую картину давления вдоль направления распространения z с периодом
(рис. 6.5.8). Иллюстрация акустооптического модулятора / фильтра. На вставке изображен акустооптический дефлектор от Gooch & amp; Housego (используется с разрешения)
(6.5.13) Λ = va / F
, где F — частота модуляции управляющего РЧ-источника, а v _a — скорость акустической волны вдоль направления распространения в твердом материале. Например, для радиочастоты F = 100 МГц и скорости акустической волны v _a = 4000 м / с внутри АО кристалла эта постоянная решетки составляет Λ = 40 мкм. .
Этот периодический образец давления дополнительно создает периодическое возмущение показателя преломления в направлении z за счет фотоупругого эффекта твердого материала, что эквивалентно движущейся решетке Брэгга с постоянной Брэгга Λ .Затем, если оптический луч направлен на решетку Брэгга, он будет дифрагировать, а угол дифракции зависит как от длины волны оптического сигнала, так и от частоты источника ВЧ-возбуждения.
Предположим, что угол между падающим оптическим лучом и плоскостью акустической волны равен θ _i, конструктивная интерференция дифрагированной волны от брэгговской решетки, вызванной волной давления, будет при θ _d, чтобы удовлетворить условию решетки, Λ (sin β _d + sin β _i) = mλ / n с м порядок решетки, λ оптический длина волны сигнала, а n показатель преломления АО кристалла.Для θ _d = θ _i, где дифракционная эффективность самая высокая, угол Брэгга для падающего светового луча определяется как
(6.5.14) θB = sin − 1mλ2nΛ
Предположим, что угол θ _B достаточно мал, тогда угол Брэгга первого порядка ( м = 1) равен
(6.5.15) θB≈λF2nva
Рис. 6.5.8 также показывает оставшийся оптический луч, который проходит напрямую без дифрагирования на решетке Брэгга, которая определяется как луч нулевого порядка ( м = 0).Лучи нулевого порядка и первого порядка разделены углом 2 θ _B. Например, для кристалла АО TeO ₂ с n = 2,26 при длине волны λ = 1550 нм и v _a = 4260 м / с, если частота ВЧ модуляции составляет F = 100 МГц, постоянная решетки Λ = 42,6 мкм, а угол Брэгга будет примерно θ _B ≈ 7,4 × 10 ^{— 3} рад , или 0.425 °. Это действительно очень маленький угол.
Поскольку угол Брэгга θ _B зависит как от длины волны оптического сигнала, так и от частоты управляющего РЧ-источника, это устройство можно использовать для создания настраиваемого оптического фильтра. Для применения фильтра дифрагированный луч собирается вокруг угла Брэгга θ _d = θ _B, а ВЧ-частота F используется в качестве механизма настройки.Спектральное разрешение зависит от размера луча и ширины акустической волны, которая взаимодействует со световым лучом.
На основе условия решетки первого порядка под углом Брэгга 2 n Λ sin θ _B = λ ₀, где λ ₀ — центральная длина волны оптического сигнал. Предположим, что существует N периодов решетки , которые взаимодействуют со световым лучом, и все они конструктивны на выходе, это эквивалентно 2 Nn Λ sin θ _B = Nλ ₀ .Помехи станут деструктивными на выходе, если длина волны сигнала изменится с λ ₀ на λ ₀ + δλ , то есть 2 Nn Λ sin θ _B = ( N — 1/2) ( λ ₀ + δλ ). Таким образом,
(6.5.16) δλ = λ02N + 1≈λ02w / Λ
Поскольку θ _B очень мало, за общее количество слоев принимается N ≈ w / Λ. которые взаимодействуют с входным световым лучом, с диаметром луча х , как показано на рис.6.5.8. Другим ограничением спектрального разрешения является дифракционный предел, который вызывает неопределенность угла дифракции δθ _B = 1,22 λ ₀ / ( nw ). Поскольку δλ / δθ _B ≈ 2 nv _a/ F , которое может быть получено из уравнения решетки первого порядка. (6.5.15) имеем
(6.5.17) δλ = 2,44λ0vawF = 2,44λ0w / Λ
Это почти в пять раз больше, чем указано в уравнении.(6.5.16), и поэтому дифракционный предел часто является основной причиной, ограничивающей спектральное разрешение АОФ. Например, для Λ = 42,6 мкм и w = 2 мм нормированное спектральное разрешение составляет приблизительно δλ / λ ₀ ≈ 0,02.
AOF может также использоваться в качестве модулятора, избирательного по длине волны. Скорость модуляции зависит от диаметра падающего оптического луча w . Время включения τ — это время, за которое акустическая волна проходит через диаметр оптического луча, то есть просто τ = w / v _a, и выключение требует того же времени. .Следовательно, максимально достижимая частота модуляции составляет
(6.5.18) fmodulation = va2w
Для применения в качестве оптического фильтра для достижения высокого спектрального разрешения частота акустической волны F должна быть высокой, а оптический луч диаметр Вт должен быть широким. С другой стороны, для применения в качестве оптического модулятора с высокой скоростью модуляции необходимо использовать сильно сфокусированный луч малого диаметра. Например, для кристалла АО TeO ₂ с v _a = 4260 м / с, для достижения скорости модуляции 1 МГц диаметр оптического луча должен быть w <2.3 мм.
Для применения фильтра в акустической оптике наиболее полезной конфигурацией является коллинеарное распространение между оптической волной и акустической волной, как показано на рис. 6.5.9.
Рис. 6.5.9. Акустооптический фильтр на основе коллинеарной конфигурации.
В этом случае и оптический сигнал, и акустическая волна распространяются в направлении z , а возмущение индекса составляет
(6.5.19) nzt = n0 + δncosΩt − 2πΛz
, где n ₀ — средний показатель преломления кристалла АО, δn — амплитуда возмущения показателя преломления, вызванного акустической волной, Ω — угловая частота акустической волны, а Λ = F / v _a — постоянная решетки.Это похоже на то, что описано в формуле. (7.5.1) для ВБР, за исключением того, что решетка, созданная акустической волной, распространяется в направлении z со скоростью v _a.
В каждый момент времени структура решетки является периодической с длиной волны Брэгга λ _Bragg = 2 n ₀ Λ. Длина взаимодействия между оптическим и акустическим пучками составляет L , как показано на рис.6.5.9. По сравнению с падением под углом Брэгга, где длина взаимодействия приблизительно равна ширине w пучка оптической волны, длина взаимодействия этой коллинеарной конфигурации намного больше, и спектральное разрешение может быть значительно улучшено. Поскольку дифракционный предел здесь больше не является проблемой, спектральное разрешение можно приблизительно оценить по формуле. (6.5.16), но N = L / Λ , так что δλ ≈ λ ₀ Λ / (2 L ).Например, для АОФ, сделанного с TeO ₂ с v _a = 4260 м / с, если длина устройства L = 5 см, а частота ВЧ модуляции равна 100 МГц, нормализованная спектральная разрешение δλ / λ ₀ ≈ 4,26 × 10 ^{— 4}. Фактические передаточные функции фильтра, используемые как в режиме передачи, так и в режиме отражения, могут быть вычислены на основе уравнения для связанных режимов, обсуждаемого в разделе 6.4, но здесь возмущение индекса δn пропорционально амплитуде акустической волны, а с длиной волны Брэгга λ _Брэгга = 2 n ₀ v _a/ F определяется частотой RF и скоростью акустической волны.
Обратите внимание, что в этой коллинеарной конфигурации оптическая волна взаимодействует с акустической волной, которая распространяется в том же направлении. Таким образом, оптический сигнал будет испытывать эффект Доплера, так что частота оптического сигнала на выходе фильтра становится равной f _out = f ₀ — F , где f ₀ = c / λ ₀ — входная оптическая частота, c — скорость света.Это эквивалентно красному смещению длины оптической волны на
(6.5.20) ΔλDoppler = λ02cF
Оптическая волна и акустическая волна также могут распространяться в противоположном направлении, известном как встречное распространение. В этом случае свойство оптической фильтрации такое же, как и у совместного распространения, за исключением того, что оптическая частота увеличивается из-за эффекта Доплера, f _out = f ₀ + F , а длина оптической волны смещена в синий цвет.
Сдвиг частоты, вызванный эффектом Доплера, также существует для дифракционных АО модуляторов, показанных на рис. 6.5.8. Это похоже на оптический луч, отражаемый движущимся зеркалом, а эффект Доплера определяется скоростью акустической волны, проецируемой в направлении падающего оптического луча. Таким образом, частота дифрагированного оптического сигнала составляет f _out = f ₀ ± F sin θ _i.Модуляторы АО без оптического сдвига частоты могут быть получены путем каскадирования двух секций кристаллов, возбуждаемых акустическими волнами в противоположных направлениях, так что доплеровский сдвиг частоты может быть нейтрализован. Другой подход заключается в применении акустических волн в противоположных направлениях вдоль одиночного АО кристалла. Таким образом, из-за их интерференции создается картина стоячих волн, а наведенная брэгговская решетка не движется. Таким образом можно избежать доплеровского сдвига частоты.
Оптические фильтры
Оптические фильтры — это пассивные устройства, которые позволяют пропускать определенную длину волны или набор длин волн света.Есть два класса оптических фильтров, которые имеют разные механизмы действия: абсорбционные фильтры и дихроичные фильтры.
Абсорбирующие фильтры имеют покрытие из различных органических и неорганических материалов, которые поглощают свет определенных длин волн, таким образом позволяя проходить нужным длинам волн. Поскольку они поглощают световую энергию, температура этих фильтров увеличивается во время работы. Это простые фильтры, и их можно добавлять в пластмассу, чтобы сделать менее дорогостоящие фильтры, чем их аналоги на стеклянной основе.Работа этих фильтров зависит не от угла падающего света, а от свойств материала, из которого изготовлены фильтры. В результате они являются хорошими фильтрами для использования, когда отраженный свет с нежелательной длиной волны может вызвать шум в оптическом сигнале.
Дихроичные фильтры более сложны в работе. Они состоят из серии оптических покрытий с точной толщиной, которые предназначены для отражения нежелательных длин волн и передачи желаемого диапазона длин волн.Это достигается за счет того, что нужные длины волн конструктивно интерферируют на передающей стороне фильтра, в то время как другие длины волн конструктивно интерферируют на отражающей стороне фильтра.
Существует три типа оптических фильтров: короткие фильтры, длинные фильтры и полосовые фильтры. Короткопроходный фильтр позволяет проходить более коротким длинам волн, чем длина волны отсечки, в то время как он ослабляет более длинные волны. И наоборот, длиннопроходный фильтр пропускает более длинные волны, чем длина волны отсечки, в то время как он блокирует более короткие длины волн.Полосовой фильтр — это фильтр, который пропускает определенный диапазон или «полосу» длин волн, но ослабляет все длины волн вокруг полосы. Монохроматический фильтр — это крайний случай полосового фильтра, который пропускает только очень узкий диапазон длин волн.
Что такое тонкопленочные оптические фильтры?

Тонкопленочные оптические фильтры изготавливаются путем нанесения чередующихся тонких слоев материалов с особыми оптическими свойствами на подложку, такую как оптическое стекло.Когда свет проходит через оптический фильтр, его направление меняется при переходе от одного слоя к другому, что приводит к внутренней интерференции. Это связано с различием показателей преломления материалов в диэлектрическом тонкопленочном покрытии. Конфигурация слоев приводит к оптическому фильтру, который по-разному манипулирует разными длинами волн света. В зависимости от длины волны и типа оптического фильтра свет может отражаться от фильтра, проходить через него или поглощаться им.
Оптические фильтры могут быть разработаны для передачи, блокировки или отражения света в любом диапазоне длин волн от УФ до ИК. Их обычно делят на пять основных категорий в зависимости от их формы спектра:
Полосовые, режекторные и краевые фильтры обычно предназначены для работы при 0 ° или других малых углах падения (AOI). С другой стороны, дихроичные фильтры предназначены для использования под углом 45 ° или других больших AOI и могут иметь конфигурацию полосы пропускания, режекции или краев.
Оптические фильтры также могут иметь многополосную конфигурацию. Многополосные фильтры — это полосовые фильтры с более чем одной полосой пропускания или областью высокой передачи. Многоточечные фильтры имеют более одной блокирующей области и пропускают весь соседний свет. Полихроичные фильтры — это дихроичные фильтры, которые имеют несколько полос или зазубрин.
Хотя большинство оптических фильтров попадают в указанные выше категории, пользовательские фильтры могут быть спроектированы с любой вообразимой формой спектра. Например, при прохождении через специально разработанный фильтр, свет от ксеноновой лампы может быть преобразован, чтобы имитировать спектр солнца.Другие настраиваемые фильтры предназначены для сопоставления произвольных форм спектра.
Благодаря своей универсальности оптические фильтры используются во множестве приложений. Флуоресцентная микроскопия, астрономия, получение изображений Солнца, дистанционное зондирование, спектроскопия комбинационного рассеяния света и телекоммуникации — это всего лишь несколько дисциплин, в которых оптические фильтры являются ключевым компонентом своих систем.
оптических фильтров, объяснено энциклопедией RP Photonics; краситель, эталоны, диэлектрик, дихроик, Лио, тюнеры
Справочник покупателя RP Photonics содержит информацию о 242 поставщиках оптических фильтров.Среди них:
OPTOMAN
OPTOMAN с покрытием для оптических фильтров доступны в конфигурациях с коротким, длинным или полосовым фильтром. Наша оптика с IBS-покрытием оптимизирована для приложений с высокой мощностью и отличается отсутствием спектрального дрейфа, поэтому возможны конфигурации с очень острыми краями.
Laserton
Laserton предлагает различные типы оптических фильтров, в том числе фильтры цветового класса, двулучепреломляющие фильтры, фильтры нейтральной плотности (поглощающие или отражающие, а также версии с регулируемым пропусканием) и полосовые интерференционные фильтры.
TeraXion
Teraxion производит высокоточные оптические фильтры для ASE и фильтрации Бриллюэна в сенсорных приложениях или для изоляции модулированного радиочастотного сигнала при радиочастотной связи. Фильтры развязки сигналов обладают непревзойденными характеристиками с плоской вершиной и крутым краем. Также доступны фильтры с низкой дисперсией для пикосекундной лазерной спектральной фильтрации.
VisiMax Technologies
Цветовые фильтры VisiMax выборочно и точно пропускают свет небольшого диапазона цветов, одновременно отражая другие цвета.Наша технология покрытия термостойких дихроичных фильтров позволяет создавать прочные интерференционные фильтры, которые передают свет с точным спектральным контролем.
Ускорьте свой проект, выбрав стандартный цветовой фильтр VisiMax, или воспользуйтесь опытом нашей опытной группы разработчиков для создания настраиваемого фильтра, отвечающего вашим конкретным спектральным требованиям.
Knight Optical
Наши стандартные и изготовленные на заказ оптические фильтры используются в широком спектре высокотехнологичных приложений проницательными инженерами и специалистами в области НИОКР в таких секторах, как военная и оборонная промышленность, электроника и исследовательские рынки.В нашей коллекции есть как стандартные, так и изготовленные на заказ фильтры, в нашу коллекцию входят полосовые, длинные, короткие, нейтральные (ND), дихроичные, ИК-фильтры, цветные стекла, тепловые стекла и фильтры ANPR / ALPR.
EKSMA OPTICS
EKSMA Optics представила режекторные фильтры OD 6.0 для определенных длин волн лазера в диапазоне от 488 нм до 561 нм. Другие варианты фильтров: фильтры отражающего типа с нейтральной плотностью, предназначенные для работы в диапазоне 400–2000 нм, фильтры абсорбционного типа с нейтральной плотностью, предназначенные для работы на длинах волн VIS (450–650 нм), и фильтры из цветного стекла Schott.
iXblue
Фильтр выравнивания усиления iXblue на основе технологии волоконной брэгговской решетки представляет собой простое и эффективное решение для выравнивания усиления в системах WDM. Высокая точность (очень низкая пульсация) позволяет использовать каскадные фильтры, а возвратные потери высокие (низкие отражения).
Полосовой фильтр IXC-FBG-PS имеет острый резонансный пик в спектре передачи с вносимыми потерями менее 1 дБ. Его можно использовать в телекоммуникационных и измерительных приложениях, а также для волоконных лазеров с распределенной обратной связью (DFB).
iXblue предлагает широкий спектр волоконных решеток Брэгга (FBG) для широкого спектра применений в телекоммуникациях, зондировании, суровых условиях, исследованиях и разработках и т. Д.
Превосходное ноу-хау в производственном процессе FBG дает iXblue возможность производить различные фильтры на различных внутренних волокнах. Мы готовы адаптировать наши услуги к вашим потребностям — от быстрого прототипирования до серийного производства.
UltraFast Innovations
UltraFast Innovations (UFI) предлагает спектральные фильтры для приложений с ультракороткими импульсами — например, для сохранения длительности отраженных или прошедших импульсов.
Используя такие спектральные фильтры, исследователи из группы профессора Крауса смогли построить так называемый синтезатор волн. Нам удалось разделить или объединить излучение от 250 до 1100 нм по четырем каналам: 250–290, 290–350, 350–500 и 500–1100 нм. Фазы отражения и передачи контролируются. Это позволяет точно комбинировать излучение из четырех каналов как в пространстве, так и во времени, что приводит к генерации импульсов субоптического цикла. На основе этой технологии мы также предлагаем первый коммерческий синтезатор светового поля.
Artifex Engineering
Artifex Engineering предлагает индивидуальные абсорбционные и диэлектрические фильтры практически любой конструкции. Полосовые, длинные, короткие или нейтральные фильтры могут быть адаптированы к вашему диапазону длин волн. Фильтрам можно придать любую форму. Для облегчения монтажа могут быть предусмотрены черные анодированные алюминиевые кольца. Посетите нашу страницу продукта для получения дополнительной информации. Мы с нетерпением ждем вашего запроса.
Shanghai Optics
Shanghai Optics производит широкий спектр специализированных оптических фильтров для инженерных, научных и фотографических приложений.
Iridian Spectral Technologies
Iridian Spectral Technologies — ведущий мировой поставщик приложений в области телекоммуникаций, спектроскопии (рамановская, флуоресцентная и проточная цитометрия), биомедицинской визуализации, эндоскопической визуализации, зондирования, отображения и развлечений (очки для 3D-кино, покрытия для дисплеев). ). Наши оптические фильтры и покрытия покрывают спектральный диапазон от УФ 300 нм до LWIR 10 мкм. Наша продукция включает узкополосные фильтры, длинные или короткие фильтры с крутой кромкой, дихроичный кромочный фильтр, режекторный фильтр, многозонный фильтр и другие фильтры со специальным покрытием.
IRD Glass
IRD Glass на заказ производит оптические фильтры, которые расширяют область применения и улучшают возможности практически любого оптического компонента. IRD работает с различными материалами фильтровального стекла от всех ведущих производителей фильтровального стекла: Schott, Kopp, Ohara, Hoya и других. IRD Glass также может наносить тонкопленочные оптические покрытия в диапазоне от УФ до ИК.
Edmund Optics
Edmund Optics предлагает множество оптических фильтров для многих приложений, включая полосовые фильтры, режекторные, краевые, дихроичные, цветные подложки или ND.Edmund Optics также предлагает высокопрочные твердые покрытия для применений, требующих высокой оптической плотности с максимальной производительностью.
Intrinsic Crystal Technology
В настоящее время ICC имеет шесть различных машин для нанесения покрытий, в том числе одну для алмазоподобного углерода (DLC) и две для широкополосных антиотражающих покрытий. В основном мы производим инфракрасные просветляющие покрытия, инфракрасные фильтры и алмазоподобные углеродные покрытия, предоставляя клиентам различные услуги и продукты по нанесению покрытий.
Наши покрытия DCL изготавливаются с использованием передовых технологий в соответствии с военными стандартами США и обеспечивают превосходную чистоту поверхности.
Technica Optical Components
Мировой лидер в производстве волоконных решеток Брэгга и фильтров Фабри Перо. Ассортимент продукции включает атермальные эталоны Фабри – Перо (TWR30) и атермальные ВБР (TWR50), а также настраиваемые ВБР (T10-T980) и настраиваемые фильтры Фабри – Перо (TFP10-TFP50).
Dynasil
Optometrics, компания Dynasil, разрабатывает и производит фильтры для длинных волн от 500 до 1500 нм с шагом 50 нм. Эти длинные волновые фильтры установлены в черном анодированном алюминиевом кольце.Длины волн среза можно точно настроить, изменив угол падения. Optometrics также имеет фильтры для коротких волн от 450 до 1000 нм с шагом 50 нм и другие аналогичные характеристики. Эти типы фильтров также можно использовать в комбинации для настраиваемой полосовой фильтрации.
EMF, также компания Dynasil, производит специальную линию дихроичных фильтров Optivex ™, которые блокируют 99% вредного ультрафиолетового излучения, одновременно пропуская высококачественный видимый свет практически без искажений.Optivex ™ является продуктом выбора более 25 лет, и его название является синонимом абсолютной защиты.
Leukos
LEUKOS предлагает широко настраиваемый фильтр BEBOP. Совместите это с нашим источником суперконтинуума Rock, чтобы получить широкополосный перестраиваемый источник света.
BEBOP можно настраивать от 350 до 850 нм с полосой пропускания от 7 до 100 нм. Он достигает коэффициента пропускания до 90% и OD блокировки> 4. У вас может быть выходной луч в свободном пространстве или выход с оптоволоконной связью, а также есть дополнительный инфракрасный выход.
См. Наш технический паспорт.
Inrad Optics
UVC7 — это запатентованный монокристаллический материал, идеально подходящий для фильтрации ультрафиолетового света в солнечных слепых, сенсорных и других приложениях, температура которых может бросать вызов обычным кристаллам УФ-фильтров.
Universe Kogaku
Universe Kogaku предлагает различные фильтры для линз и аксессуары, в частности, полосовые фильтры УФ и ИК для использования с нашими кварцевыми линзами УФ.
No related posts.

Тип устройства:	Фильтр CWDM
Длина волны на передачу:	1310 nm, 1490 nm, 1530 nm, 1590 nm, 1610 nm
Ширина спектра канала PASS:	±6.5 nm
Затухание на канале PASS:	~0.5 dB
Тип волокна:	SMF-28e

10SWF-1000-B Оптический фильтр, короткий проход, 25.4 мм, отсечка 1000 нм, пропускание 475-980 нм	На складе	€ 122	10SWF-1000-B Оптический фильтр, короткий проход, 25.4 мм, отсечка 1000 нм, пропускание 475-980 нм
10SWF-450-B Оптический фильтр, короткий проход, 25,4 мм, отсечка 450 нм, пропускание 415-440 нм	На складе	€ 122	10SWF-450-B Оптический фильтр, короткий проход, 25.4 мм, отсечка 450 нм, пропускание 415-440 нм
10SWF-500-B Оптический фильтр, короткий проход, 25,4 мм, отсечка 500 нм, пропускание 415-490 нм	На складе	€ 122	10SWF-500-B Оптический фильтр, короткий проход, 25.4 мм, отсечка 500 нм, пропускание 415-490 нм
10SWF-550-B Оптический фильтр, короткий проход, 25,4 мм, отсечка 550 нм, пропускание 415-540 нм	На складе	€ 122	10SWF-550-B Оптический фильтр, короткий проход, 25.4 мм, отсечка 550 нм, пропускание 415-540 нм
10SWF-600-B Оптический фильтр, короткий проход, 25,4 мм, отсечка 600 нм, 415-590 нм Trans.	На складе	€ 122	10SWF-600-B Оптический фильтр, короткий проход, 25.4 мм, отсечка 600 нм, 415-590 нм Trans.

Логин:
Пароль:

Оптический фильтр: Оптический фильтр — Все промышленные производители

ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР — это… Что такое ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР?

Полезное

Смотреть что такое «ОПТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР» в других словарях:

Оптический фильтр CWDM Mini Cell 1530

Станьте первым комментатором

Добавить комментарий Отменить ответ