Bei optischen Dünnschicht-Bandpassfiltern hat eine Änderung des Einfallswinkels (AOI) gegenüber dem Auslegungswinkel (typischerweise 0° oder senkrechter Einfall) erhebliche Auswirkungen auf die optische Dichte (OD) im Sperrbereich.
Die deutlichste Auswirkung einer Erhöhung des AOI besteht darin, dass sich die gesamte spektrale Antwort des Filters zu kürzeren Wellenlängen verschiebt. Dies wird allgemein als „Blauverschiebung“ bezeichnet.
Im Folgenden wird erläutert, wie sich diese Änderung des AOI konkret auf die optische Dichte im Sperrbereich auswirkt:
1. Wellenlängenspezifischer Verlust der optischen Dichte
Da sich das gesamte Transmissions- und Sperrprofil mit zunehmendem AOI zu kürzeren Wellenlängen verschiebt, kann sich die OD bei einer bestimmten Zielwellenlänge drastisch ändern.
- Wenn Sie sich darauf verlassen, dass der Filter eine hohe OD (z. B. OD6) zur Sperrung einer bestimmten Laserlinie bei 1064nm bietet, verschiebt ein größerer AOI das Transmissionsband des Filters in Richtung Blau.
- Wenn sich das Transmissionsband oder eine Nebenbandwelligkeit über Ihre Zielwellenlänge verschiebt, fällt die OD bei dieser spezifischen Wellenlänge stark ab, sodass Licht hindurchtreten kann.
2. Polarisationstrennung (S- und P-Polarisation)
Bei senkrechtem Einfall (0°) verhält sich Licht unabhängig von seinem Polarisationszustand identisch. Mit zunehmendem AOI teilt sich das einfallende Licht jedoch in zwei orthogonale Polarisationszustände auf: s-Polarisation und p-Polarisation.
- P-polarisiertes Licht erfährt eine wesentlich stärkere Blauverschiebung als s-polarisiertes Licht.
- S-polarisiertes Licht verschiebt sich weniger, jedoch werden die Kanten seines Transmissionsbandes häufig schmaler, und seine Sperrbereiche können sich anders verhalten.
- Auswirkung auf die OD: Da sich die beiden Polarisationszustände unterschiedlich stark verschieben, werden die steilen Übergangsflanken zwischen dem Transmissionsband und dem Sperrband „verschmiert“ oder verbreitert. Bei Verwendung von unpolarisiertem Licht verringert diese Aufspaltung die Steilheit der Filterflanke und senkt dadurch effektiv die OD in den Übergangsbereichen unmittelbar neben dem Durchlassband.
3. Verschlechterung der maximalen optischen Dichte
Dünnschicht-Interferenzfilter bestehen aus abwechselnden Schichten von Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex und sind für einen bestimmten Winkel optimiert, um in den Sperrbereichen eine perfekte destruktive Interferenz zu erzeugen.
- Wenn sich der Winkel ändert, ändert sich die optische Weglänge durch diese mikroskopischen Schichten.
- Diese Phasenfehlanpassung verringert die Wirksamkeit der destruktiven Interferenz. Dadurch kann sich die maximal erreichbare Tiefe des Sperrbandes bei größeren Winkeln verschlechtern. Ein Filter, der bei 0° eine OD von 7 erreicht, kann bei 45° aufgrund dieser Phasenfehler eine geringere Gesamtsperrwirkung aufweisen.
Die Verschiebungsformel
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