Einführung: Grundlagen von LEDs und Filtern
Wenn Sie eine blaue LED betrachten, erscheint sie vollkommen rein blau. Da LEDs sehr hell und farbintensiv sind, werden sie häufig in wissenschaftlichen Instrumenten wie Fluoreszenzmikroskopen eingesetzt, um bestimmte fluoreszierende Farbstoffe „anzuregen“ oder zum Leuchten zu bringen.
Für bestmögliche Ergebnisse in empfindlichen optischen Systemen kann eine ungefilterte LED jedoch nicht einfach direkt auf eine Probe gerichtet werden. Direkt davor muss eine als Anregungsfilter bezeichnete optische Komponente platziert werden.
Das „Spillover“-Problem: Warum LEDs nicht vollkommen spektral rein sind
Es liegt nahe anzunehmen, dass eine grüne LED ausschließlich exakt grünes Licht erzeugt. In der Präzisionsoptik trifft dies jedoch nicht ganz zu.
Jede LED hat eine „Bandbreite“. Das bedeutet: Eine grüne LED erzeugt zwar überwiegend grünes Licht, aber auch einen kleinen Anteil gelben und blaugrünen Lichts. Ihr Spektrum besteht aus einem Farbbereich und nicht aus einer einzelnen scharfen Linie.
Wenn Sie eine sehr spezifische Reaktion messen möchten, die nur auf einen exakt definierten Grünton anspricht, wird dieses zusätzliche „Übersprechen“ des LED-Lichts zu einem erheblichen Problem. Es bringt Streulicht in Ihr System ein.
Welche Funktion hat ein Anregungsfilter?
Stellen Sie sich einen Anregungsfilter wie einen äußerst wählerischen Türsteher in einem Club oder wie ein sehr feines Sieb vor.
Wenn das Licht der LED auf den Anregungsfilter trifft, blockiert der Filter alle unerwünschten „Störfarben“. Er lässt nur einen sehr schmalen, genau definierten Spektralbereich passieren. Wenn ausschließlich Licht mit exakt 470 nm (Nanometern) benötigt wird, unterdrückt der Anregungsfilter das von der LED gleichzeitig unbeabsichtigt erzeugte Licht bei 450 nm und 490 nm.
Durch Hinzufügen dieses Filters wird aus einem etwas unsauberen LED-Strahl ein äußerst reiner und präziser Lichtstrahl.
Vermeidung des „Washout“-Effekts (Signal gegenüber Rauschen)
Warum ist diese Reinheit so wichtig? In vielen wissenschaftlichen Aufbauten wird eine Probe durch Licht zum Leuchten (Fluoreszieren) angeregt und anschließend dieses Fluoreszenzlicht gemessen.
Das von der Probe kommende Licht ist normalerweise sehr schwach. Wenn Ihre LED-Quelle zusätzliches, unerwünschtes Licht anderer Farben mit hoher Intensität abstrahlt, kann dieses Streulicht in Ihrem Linsensystem mehrfach reflektiert werden und das schwache Leuchten, das Sie beobachten möchten, vollständig überstrahlen. Das ist, als würde man versuchen, ein einzelnes Glühwürmchen neben einer grellen Straßenlaterne zu erkennen.
Der Anregungsfilter stellt sicher, dass nur genau das Licht auf die Probe trifft, das zum Auslösen der Fluoreszenz erforderlich ist. Dadurch bleibt der Hintergrund vollständig dunkel und das „Signal-Rausch-Verhältnis“ hoch.
Zusammenfassung
Obwohl LEDs hervorragende und effiziente Lichtquellen sind, erzeugen sie ein breiteres Farbspektrum, als unsere Augen ohne Weiteres erkennen können. In präzisen optischen Systemen sind Anregungsfilter zwingend erforderlich, um das LED-Licht spektral zu bereinigen. Sie blockieren unerwünschte Wellenlängen und sorgen dafür, dass nur die reinste und präziseste Farbe die Probe erreicht.
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