главная   оптика   волоконная оптика   спектроскопия   лазеры   лазерные системы
 
     
 
Оптика /
  Тысячелетняя история развития оптики
  Природа света. Свойства электромагнитного излучения
  Законы оптики и оптические эффекты
  Компоненты оптических схем
  Оптические линзы
  Оптические призмы
  Оптические фильтры
  Фотоприемники
  Брэгговские структуры
  Электрооптические модуляторы
  Поляризационная оптика
  Светоотражатели
  Дифракционные решетки
  Оптические материалы
  Оптические системы
  Свет и энергетика
  Зрение
Волоконная оптика
Спектроскопия
Лазеры
Лазерные системы
Телекоммуникации и связь
 
Выставки и конференции
Новости науки и лазерной техники
 
О проекте
Ссылки

 

Светофильтры

http://de.ifmo.ru

Под светофильтром понимается слой (обычно плоскопараллельный) какой-либо среды, обладающей избирательным пропусканием света. Светофильтры изменяют спектральный состав или энергию падающей на них световой волны, не меняя (или почти не меняя) формы ее фронта.

Основная характеристика фильтра - его пропускание T = Ф/Ф 0, где Ф0 и Ф -падающий на фильтр и прошедший через него световой поток. Наряду с этим фильтр часто характеризуют оптической плотностью D. По определению D=lg1/T.

Светофильтры делятся на следующие группы [8]*:

    • светофильтры из стекла, окрашенного в массе;
    • желатиновые светофильтры;
    • светофильтры из окрашенных пластмасс;
    • жидкие светофильтры, газовые, поляризационные и интерференционные.

Светофильтры изменяют как яркостные, так и цветовые соотношения между видимыми объектами и уменьшают хроматические аберрации. Используя эти свойства, светофильтрами пользуются для улучшения видимости (главным образом контрастности) при неблагоприятных условиях (дымка, туман, ослепляющий свет, малая контрастность объектов). Например, желтые и оранжевые светофильтры применяются при наличии воздушной дымки, так как они хорошо поглощают синие и фиолетовые лучи. Поглощение синих лучей в ясный солнечный день приводит к увеличению контрастности между светом и тенью, так как тени всегда дают больше синих лучей, чем участки, освещенные солнцем. При тумане рекомендуется применять оранжевые или красные светофильтры. Приборы снабжаются большей частью набором сменных светофильтров. В морских визирах или прицелах применяются оранжевый, желтый и нейтральный светофильтры (иногда зеленый). Зимой при ярком солнечном освещении пользуются нейтральным или синим светофильтром.

Селективные фильтры предназначаются либо для отделения широкой области спектра, либо для выделения узкой спектральной области. Фильтры последнего типа называются узкополосными, иногда их условно называют монохроматическими.

Для изменения спектральных свойств излучения или спектральной чувствительности приемников служат так называемые корректирующие фильтры.

Важнейшей оптической характеристикой селективного фильтра является спектральная кривая пропускания или оптической плотности (Т (l ) либо D( l)).

Наиболее широко применяемый класс фильтров - абсорбционные. Ослабление света в них происходит, главным образом, в результате поглощения веществом фильтра. Частичное ослабление света обусловлено также отражением от поверхностей фильтра, однако, в большинстве случаев потери на отражение невелики, а главное - почти не селективны.

В большинстве случаев нужно, чтобы вся поверхность фильтра обладала одинаковым пропусканием. Такие фильтры чаще всего изготавливаются в виде плоскопараллельных пластинок или таких же кювет с поглощающим раствором. Иногда фильтры делаются в виде трубок, охватывающих источник света или облучаемый объект (например, фильтры для комбинационного рассеяния и оптической накачки). Иногда сама колба лампы имеет фильтрующие свойства (медицинские синие лампы и т.п.). В ряде задач требуются фильтры, пропускание которых меняется по поверхности.

Если изготовить клин из поглощающего вещества, то легко видеть, что его оптическая плотность линейно зависит от расстояния до ребра. Такие клинья делаются из стекла или окрашенного желатина. Применяют также осажденные на стекло металлические пленки переменной толщины.

Частично изготавливаются фильтры переменной плотности в виде дисков (круговые клинья), а также ступенчатые ослабители - фильтры, пропускание которых скачком изменяется при переходе от одного участка к другому. Ступенчатые ослабители широко применяются в спектрофотометрии.

В настоящее время наиболее употребительными абсорбционными светофильтрами являются стеклянные. Стеклянные светофильтры обладают по сравнению с другими рядом преимуществ, к которым в первую очередь следует отнести устойчивость к световым и тепловым воздействиям, а также однородность и высокое оптическое качество.

Светофильтры для черно-белой фотографии общего назначения применяются с целью правильного воспроизведения на снимках соотношений визуальных яркостей объекта (компенсирующие светофильтры) или изменения их контраста (контрастирующие светофильтры). Чаще всего применяют светофильтры ЖС12, ЖС17, ОС12, КС11, СЗС17, СС4, ЖЗС5, ЖЗС9, НС8 и др. Нейтральные светофильтры НС1, НС2 и НС3 применяются для защитных очков от яркого дневного света, остальные НС используются в фотометрии, спектрофотометрии и в наблюдательных приборах. Темные стекла марки ТС3 применяются для защитных очков при электросварке, а ТС6 и ТС7 - от прямого солнечного света. Бесцветные стекла БС3, БС4, БС7 и БС8 пропускают ультрафиолетовые лучи соответственно до 270, 290, 360 и 370 нм. Светофильтры ЖЗС1, ЖЗС5, ЖЗС6, ЖЗС12, ЖЗС13 и ЖЗС17 применяются в наблюдательных приборах. Светофильтры КС15, КС17 и КС18 выделяют соответственно области спектра 670 ¸ 2700 нм, 680¸ 2800 нм, 800¸ 2800 нм. В табл.1 Приложения приведены области применения некоторых светофильтров.

Точность выполнения плоскостей светофильтра, а также допуск на клиновидность назначаются в соответствии с требованиями к системе. Например, для фотографии плоскости светофильтров должны быть выполнены с точностью до 1 - 2 полос. Технические требования на светофильтры, устанавливаемые внутри оптической системы, определяются при расчете последней. Технические требования на светофильтры, устанавливаемые за окуляром (ориентировочно): N=10, D N=3, q =10', РIV. В табл.2 Приложения приведены марки стекол светофильтров, применяемых в геодезических приборах для ослабления излишней яркости фона или наблюдаемого объекта и усиления контрастности последнего.

Номинальное значение диаметра светофильтров должно соответствовать ряду Rа10 и Rа20, толщина d - ряду Rа5 (ГОСТ 6636 - 69). Предельное отклонение толщины от номинального значения не более 10%. Толщину светофильтра из стекла ОС17 не рекомендуется делать более 2 мм, так как иначе резко ухудшается контрастность изображения.

Требования к стеклу:

    • спектральная характеристика - 2;
    • двойное лучепреломление - 3;
    • бессвильность - 2В;
    • пузырность - 4;

Требования к обработке поверхностей

  • для D £ 20 мм не более N=10, D N=2, q =10';
  • для D > 20 мм не более N= 20, D N=3 и q £ 15'.

Светофильтры для выделения инфракрасной области спектра применяются двух видов:

  1. абсорбционные (из цветных стекол, германия, кремния и др.);
  2. интерференционные, изготовляемые путем нанесения тонких оптически однородных слоев из диэлектриков или полупроводников на подложку, прозрачную в требуемой спектральной области.

Существенным недостатком абсорбционных фильтров является невозможность выделить с их помощью узкие участки спектра с высоким пропусканием t. От этого недостатка свободны интерференционные светофильтры.

Светофильтры для микроскопии. Синие светофильтры применяются при микрофотографировании с апохроматическими объективами для усиления контраста бесцветных препаратов. Зеленые светофильтры увеличивают контраст препаратов, имеющих красную окраску, и полезны при работе с апохроматами, у которых недостаточно хорошо исправлен хроматизм для синих лучей.

Теплозащитные светофильтры СЗС16 и СЗС24 (термически устойчивые) не пропускают инфракрасных лучей. Светофильтры УФС, ФС и СС служат для выделения возбуждающего света из спектра источника в люминесцентной микроскопии, а также для выделения узкой области спектра в ультрафиолетовой микроскопии. Для создания светло-зеленого фона с целью снижения утомления глаза наблюдателя, а также для повышения контраста штрихов сетки относительно поля зрения, применяются светофильтры из цветного стекла марок ЗС2, ЗС3, ЗС8, ЖС12, ЖС5, ЖС6, ЖС9, ЖС13, ЖС18.

Номинальное значение D диаметров (больших сторон при некруглой форме) светофильтров должны соответствовать ряду Ra20 (4,0;...8 ,0), ряду Ra40 (8,5;.....36,0) и ряду Ra 10 (40;......125) по ГОСТ 6636-69. Предельные отклонения диаметров должны соответствовать отраслевому стандарту в зависимости от способа крепления светофильтра. Номинальные значения толщин устанавливают по ряду Ra10 (0,5; 0,63;......6,3). Предельные отклонения толщин допускаются в пределах от ± 0,1 мм до ± 0,5 мм.

Технические требования:

    • спектральная характеристика - 2-я категория;
  • двойное лучепреломление - 2;
    • бессвильность - 2 (для ЗС2, ЗС3 и ЗС8- 3-я категория);
    • пузырность - 3;
    • P=IV- VI;
    • N=5¸ 20; D N=1¸ 3;
    • q =5¸ 20¢ .



Металлические пленки. Для изготовления нейтральных и селективных светофильтров используются металлические пленки. Тонкие металлические слои наносят на кварцевую подложку испарением в высоком вакууме или катодным распылением.

В отличие от абсорбционных фильтров, фильтры из металлических пленок ослабляют проходящий свет, главным образом, в результате отражения от поверхности. Собственно поглощение в пленке обычно сравнительно мало. Благодаря этому такие фильтры нагреваются излучением меньше, чем абсорбционные. Пропускание последовательно расположенных параллельных металлических пленок больше, чем пропускание двух абсорбционных фильтров эквивалентной оптической плотности.

Пленки Rb и Cs устойчивы только при пониженных температурах (жидкий воздух). Пленки K, Li и Na устойчивы и при комнатной температуре.

Многослойные диэлектрические зеркала. Селективные отражающие светофильтры могут быть получены нанесением на прозрачную подложку чередующихся тонких слоев с высоким и низким показателем преломления.

В качестве материала для пленок применяется криолит, MgF2, SiO2 c n = 1,3 -1,4, PbCl2, TiO2, ZnS c n = 2,2-2,3. Слои получаются последовательным испарением в вакууме веществ с низким и высоким показателем преломления.

Поляризационные светофильтры. Поляроиды представляют собой поляризующую свет пленку, изготовленную из поливинилового спирта марки Н и заклеенную между защитными стеклянными плоскопараллельными пластинками или полимерными пленками.

Цилиндрические поверхности поляроидов должны быть защищены водостойким лаком. Поляроиды должны выдерживать воздействие относительной влажности воздуха до 98% при t=35° C; при этом не допускаются расклейка и нарушение поляризующего слоя. Поляроиды должны быть устойчивыми к воздействию температуры окружающего воздуха от +50 ° С до - 50° С при склейке акриловым клеем и ± 60° С при склейке бальзамином М. Поляроиды, предназначенные для эксплуатации в условиях влажного тропического климата, подвергаются дополнительной защите от разрушающего действия влажного воздуха и биологических обрастаний (плесени). Защитные стекла к поляроидам изготовляются из стекол марок К8 и БС7; рекомендуется для поляроидов диаметром свыше 100 мм стекла марки СВВ.

Фильтры называются серыми или нейтральными, если их оптическая плотность в исследуемом спектральном интервале не зависит от длины волны. Фильтры, не удовлетворяющие этому условию, называются селективными . Достаточно серыми в видимой и ближней ультрафиолетовой областях спектра являются тонкие пленки алюминия и платины, полученные испарением металла на стеклянную или кварцевую подложку. Растворы коллоидного графита, красителей также дают серые фильтры для видимой области.

Светофильтры для фотографии Светофильтры для фотографии

Полосовые фильтры: прошлое и настоящее Полосовые фильтры: прошлое и настоящее

 
Кафедра Лазерной техники БГТУ 'Военмех'

Онлайн-конвертер

 
         
 
  разработка сайта NINSIS   190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1
тел/факс: +7 (812) 316-49-09
www.laser-portal.ru