Bei optischen Filtern, insbesondere bei Bandpassfiltern, sind CWL (Mittenwellenlänge) und FWHM (Halbwertsbreite) die beiden wichtigsten spektralen Parameter. Da die Dünnschichtabscheidung zwar äußerst präzise, aber dennoch ein physikalischer Prozess ist, geben Hersteller „Standardtoleranzen“ an, die je nach Qualitätsklasse des Filters und Wellenlängenbereich variieren.
1. Zentralwellenlänge (CWL)
Die CWL ist der mathematische Mittelpunkt des Durchlassbereichs. Die Toleranzen werden hierbei von der Gesamtzahl der Schichten in der Beschichtung und der Gleichmäßigkeit der Abscheidung über das Substrat beeinflusst.
| Filtergüte | Standardtoleranz | Typische Anwendung |
| Kommerziell / Standard | ±2nm bis ±5nm | Allgemeine Beleuchtung, Anzeigeleuchten. |
| Präzision / Analytik | ±0.5nm bis ±1nm | Fluoreszenzmikroskopie, klinische Chemie. |
| Laserlinie / Ultrapräzision | ±0.1nm bis ±0.2nm | Raman-Spektroskopie, LIDAR, Laserlinienbereinigung. |
Hinweis: CWL-Toleranzen werden bei IR-Filtern häufig als Prozentsatz der Wellenlänge angegeben (z. B. ±1%).
2. Halbwertsbreite ( FWHM)
Die FWHM definiert die Bandbreite des Filters bei 50% seiner maximalen Transmission. Sie wird durch die Auslegung der „Resonatoren“ im Dünnschichtstapel bestimmt.
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Standardmäßige Toleranz: Typischerweise ±10% bis ±20% des nominalen FWHM-Werts.
- Beispiel: Bei einem Filter mit 10 nm FWHM liegt das tatsächliche Ergebnis üblicherweise zwischen 8 nm und 12 nm.
- Präzisions toleranz: Kann für anspruchsvolle Anwendungen auf ±5% oder sogar ±2% eingeengt werden, wobei dies die Herstellungskosten erheblich erhöht und die Ausbeute verringert.
3. Faktoren, die diese Toleranzen beeinflussen
Selbst wenn ein Filter exakt nach Spezifikation gefertigt wurde, können sich seine effektive CWL und FWHM während des Einsatzes aus folgenden Gründen verschieben:
- Einfallswinkel (AOI): Mit zunehmendem Winkel verschiebt sich die CWL zu kürzeren Wellenlängen (Blauverschiebung).
- Temperatur: Die spektrale Lage der meisten Beschichtungen verschiebt sich mit steigender Temperatur zu längeren Wellenlängen (Rotverschiebung), typischerweise mit einer Rate von 0.01 nm/°C bis 0.03 nm/°C.
- Betriebsumgebung: Hohe Luftfeuchtigkeit kann dazu führen, dass „Shifter“-Filter (ohne Hartbeschichtung) aufquellen und sich dadurch ihre spektrale Leistung verändert. Moderne hartbeschichtete Filter (Ion Slung Deposition) sind wesentlich stabiler.
Vergleich der Beschichtungstechnologien
| Technologie | Toleranzgenauigkeit | Stabilität |
| Aufgedampft (weich) | Locker | Gering (hygroskopisch) |
| Ionengestützt (IAD) | Moderat | Mittel |
| Sputtern (Hartbeschichtung) | Sehr eng | Hoch (umweltbeständig) |
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