Was ist ein IR-Bandpassfilter?

Was ist ein IR-Bandpassfilter?

Ein IR-Bandpassfilter (Infrarot) ist ein optischer Filter, der nur Licht innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs im Infrarotspektrum durchlässt und Licht anderer Wellenlängen blockiert. Diese Filter sind für Anwendungen von entscheidender Bedeutung, bei denen bestimmte Infrarotwellenlängen für Bildgebungs-, Sensor- oder Kommunikationszwecke isoliert werden müssen.

    Anwendungen von IR-Bandpassfiltern

    • Wärmebildgebung: Wird in Kameras und Sensoren verwendet, um Bilder auf der Grundlage von Wärmesignaturen aufzunehmen.
    • Fernerkundung: Wird in Satelliten und Drohnen zur Umweltüberwachung und Erdbeobachtung eingesetzt.
    • Medizinische Bildgebung: Wird in verschiedenen Diagnosegeräten verwendet, um die Wärmeverteilung im Gewebe zu visualisieren.
    • Optische Kommunikation: Wird in Glasfasersystemen angewendet, um bestimmte Wellenlängen für die Datenübertragung zu filtern.

    Klassifizierung von Infrarot-Wellenlängen

    Der Infrarotbereich (IR) des elektromagnetischen Spektrums erstreckt sich typischerweise von etwa 700 Nanometern (nm) bis 1 Millimeter (mm) . Dies entspricht einem Frequenzbereich von etwa 430 Terahertz (THz) bis hinunter zu 300 Gigahertz (GHz) .

    Infrarotstrahlung wird oft anhand ihrer Wellenlänge in mehrere Unterkategorien unterteilt:

    • Nahinfrarot (NIR) :
      • Wellenlänge: 700 nm bis 1.400 nm (0,7 µm bis 1,4 µm)
      • Frequenz: Ungefähr 215–430 THz .
    • Kurzwelliges Infrarot (SWIR) :
      • Wellenlänge: 1.400 nm bis 3.000 nm (1,4 µm bis 3,0 µm)
      • Frequenz: Ungefähr 100–215 THz .
    • Mittelwelliges Infrarot (MWIR) :
      • Wellenlänge: 3.000 nm bis 8.000 nm (3,0 µm bis 8,0 µm)
      • Frequenz: Ungefähr 37–100 THz .
    • Langwelliges Infrarot (LWIR) :
      • Wellenlänge: 8.000 nm bis 15.000 nm (8,0 µm bis 15,0 µm)
      • Frequenz: Ungefähr 20–37 THz .
    • Ferninfrarot (FIR) :
      • Wellenlänge: 15.000 nm bis 1.000.000 nm (15 µm bis 1 mm)
      • Frequenz: Ungefähr 0,3–20 THz .

    Gängige Substratmaterialien für IR-Bandpassfilter

    1. Germanium (Ge) :
      • Wird häufig aufgrund der hervorragenden Übertragungseigenschaften im Infrarotbereich verwendet, insbesondere bei Wellenlängen um 1,7 µm und mehr.
      • Bietet gute mechanische Stabilität und ist für Hochleistungsanwendungen geeignet.
    2. Silizium (Si) :
      • Wird häufig in Anwendungen verwendet, die eine Übertragung ab etwa 1,2 µm erfordern.
      • Siliziumsubstrate sind kostengünstig und bieten für viele IR-Anwendungen eine gute Leistung.
    3. Saphir (Al₂O₃) :
      • Bekannt für seine hohe Haltbarkeit und Kratzfestigkeit, wodurch es sich ideal für raue Umgebungen eignet.
      • Bietet umfassende Übertragungsmöglichkeiten über einen weiten Wellenlängenbereich.

    Kosten eines Infrarot-Bandpassfilters

    Infrarot-Bandpassfilter (IR) sind im Allgemeinen teurer als Bandpassfilter für den sichtbaren Bereich (VIS). Zu diesem Preisunterschied tragen mehrere Faktoren bei:

    1. Materialkosten : IR-Filter verwenden häufig spezielle Substrate wie Germanium, Silizium und Saphir, die teurer sind als das Glas, das normalerweise für sichtbare Filter verwendet wird. Diese Materialien werden aufgrund ihrer Fähigkeit ausgewählt, bestimmte Infrarotwellenlängen effektiv zu übertragen und gleichzeitig die Haltbarkeit aufrechtzuerhalten.
    2. Fertigungskomplexität : Die Herstellung von IR-Filtern erfordert fortschrittliche Dünnschichtbeschichtungstechniken, um die gewünschten optischen Eigenschaften zu erreichen, was im Vergleich zu VIS-Filtern komplexer und zeitaufwändiger sein kann. Diese Komplexität kann zu höheren Fertigungskosten führen
    3. Marktnachfrage und Anwendungen : IR-Filter werden häufig in Spezialanwendungen wie Gasanalyse, Wärmebildgebung und Umweltüberwachung eingesetzt, bei denen die Leistung entscheidend ist. Der Nischenmarkt und die spezifischen Anforderungen können die Preise im Vergleich zu allgemeineren VIS-Filtern in die Höhe treiben.
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