Kann die Mittenwellenlänge (CWL) dielektrischer Bandpassfilter über den Winkel abgestimmt werden?

Ja, die Zentralwellenlänge (CWL) eines dielektrischen Bandpassfilters kann durch Änderung des Einfallswinkels abgestimmt werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Abstimmung nur in eine Richtung möglich ist: zu kürzeren Wellenlängen.

Dielektrische Filter (oder Dünnschicht-Interferenzfilter) beruhen auf der konstruktiven und destruktiven Interferenz von Licht in mehreren Schichten spezieller Beschichtungen. Wenn Sie den Einfallswinkel (AOI) ändern, verändert sich die optische Weglänge, die das Licht in diesen Schichten zurücklegt.

Funktionsweise der Winkelabstimmung

Wenn der Einfallswinkel ausgehend von 0° (senkrechter Einfall) zunimmt, verschiebt sich die Resonanzbedingung der internen Kavitäten. Dadurch wandert das Transmissionsmaximum zum blauen Ende des Spektrums.

Der Zusammenhang zwischen der verschobenen Wellenlänge und dem Winkel wird durch die folgende Gleichung beschrieben:

λ_θ=λ₀ √1−(n_effsinθ)²

Dabei gilt:

• λ_θ ist die Zentralwellenlänge beim Winkel θ.
• λ₀ ist die Mittenwellenlänge bei senkrechtem Einfall (0°).
• θ ist der Einfallswinkel.
• n_eff ist der effektive Brechungsindex der Filtermaterialien.

Wichtige Aspekte und Einschränkungen

Die Winkelabstimmung ist zwar eine gängige Methode, um einen Filter auf eine bestimmte Laserlinie oder Emissionsspitze „fein abzustimmen“, bringt jedoch mehrere Kompromisse mit sich:

• Nur Blauverschiebung: Ein Filter kann durch Neigen nicht auf eine längere Wellenlänge abgestimmt werden. Sie müssen einen Filter wählen, dessen λ₀ geringfügig über Ihrer Zielwellenlänge liegt.
• Polarisationsaufspaltung: Bei größeren Winkeln (typischerweise >15∘) zeigt der Filter für s-polarisiertes und p-polarisiertes Licht zunehmend unterschiedliche Eigenschaften. Dies kann zu einem verzerrten oder „aufgespaltenen“ Durchlassbereich führen.
• Bandbreitenverbreiterung: Mit zunehmender Neigung wird die FWHM (Halbwertsbreite) des Filters tendenziell größer, und die Spitzentransmission kann abnehmen.
• Winkelempfindlichkeit: Filter mit einem niedrigen n_eff reagieren empfindlicher auf Neigung. Das bedeutet, dass sich die Wellenlänge bereits bei kleineren Bewegungen stärker verschiebt.

Übersichtstabelle: Erhöhung des Einfallswinkels