Wie verhalten sich hartbeschichtete Interferenzfilter bei Einfallswinkeln ungleich null?

Hartbeschichtete Interferenzfilter sind auf hohe Präzision ausgelegt, ihre Leistung hängt jedoch stark vom Einfallswinkel des Lichts ab. Wird ein Filter gegenüber der Normalen (Einfallswinkel 0∘) geneigt, ändert sich die interne optische Weglänge. Dies führt zu mehreren vorhersehbaren und mitunter problematischen Verschiebungen der Leistungsmerkmale.

1. Blauverschiebung der Zentralwellenlänge (CWL)

Die häufigste Auswirkung eines von null abweichenden Einfallswinkels ist eine Verschiebung des Transmissionsbands des Filters zu kürzeren Wellenlängen. Dies wird als „Blauverschiebung“ bezeichnet.

Mit zunehmendem Winkel durchläuft das Licht eine andere effektive Dicke der Beschichtungsschichten. Die neue Wellenlänge kann mit dieser Formel abgeschätzt werden:

Wellenlänge beim Winkel = (Wellenlänge bei 0 Grad) * Quadratwurzel aus [ 1 - (Sinus des Winkels / effektiver Brechungsindex)^2 ]

2. Polarisationsaufteilung

Bei größeren Winkeln beginnt der Filter, unterschiedliche Polarisationen des Lichts unterschiedlich zu behandeln:

• P-polarisiertes Licht (parallel zur Einfallsebene) verschiebt sich typischerweise schneller und weiter in Richtung Blau als S-polarisiertes Licht.
• Bei Verwendung von unpolarisiertem Licht kann diese Aufspaltung dazu führen, dass der Transmissionspeak breiter oder flacher erscheint oder sogar in zwei getrennte Peaks „aufgespalten“ wird.

3. Änderung von Bandbreite und Transmission

Mit zunehmendem Einfallswinkel (AOI) ist im Allgemeinen Folgendes zu beobachten:

• Bandbreitenverbreiterung: Das „Fenster“ (FWHM) des Filters wird üblicherweise breiter.
• Reduzierte Spitzentransmission: Die maximal durchgelassene Lichtmenge nimmt in der Regel ab, da die inneren Schichten für einen schräg einfallenden Strahl nicht perfekt ausgerichtet sind.

Zusammenfassung der Leistungsänderungen