Dichroitischer Langpassspiegel

|Team Syronoptics

Ein dichroitischer Langpassspiegel (auch als dichroitischer Langpass-Strahlteiler bezeichnet) ist ein spezieller optischer Filter, der Licht nach Wellenlänge trennt. Seine Hauptfunktion besteht darin, kürzere Wellenlängen zu reflektieren und gleichzeitig längere Wellenlängen passieren zu lassen (zu transmittieren).

Diese Komponenten sind in der Fluoreszenzmikroskopie, in Mehrlasersystemen und bei der Spektralanalyse unverzichtbar. Sie dienen als zentrale „Verkehrssteuerung“, um Licht verschiedener Farben in die jeweiligen Richtungen zu lenken.

Funktionsprinzip

Der Begriff „dichroitisch“ bezeichnet die Wechselwirkung mit zwei unterschiedlichen Farbbändern, während „Langpass“ das Transmissionsverhalten beschreibt: „Lange“ Wellenlängen werden durchgelassen.
  • Ausrichtung: Der Spiegel wird üblicherweise mit einem 45° Einfallswinkel (AOI) relativ zur einfallenden Lichtquelle ausgerichtet.
  • Funktionsweise:
    • Reflexion (kurze Wellenlängen): Licht mit einer Wellenlänge unterhalb der Grenzwellenlänge trifft auf die Spiegeloberfläche und wird 90° reflektiert.
    • Transmission (lange Wellenlängen): Licht mit einer Wellenlänge oberhalb der Grenzwellenlänge durchläuft das Glassubstrat direkt.

Wichtige Fachbegriffe

  1. Langpasskante Wellenlänge: Die spezifische Wellenlänge, bei der der Filter vom reflektierenden in den transmittierenden Bereich übergeht. Technisch ist sie als der Punkt definiert, an dem die Transmission 50% ihres Spitzenwerts erreicht.
    • Kontext: Ein „500 nm-Langpass“ reflektiert Licht unterhalb von 500 nm und transmittiert Licht oberhalb von 500 nm.
  1. Reflexionsband (Sperrband): Der Spektralbereich, in dem die Komponente einfallendes Licht reflektiert. Bei einem dichroitischen Langpassfilter umfasst dieser die kürzeren Wellenlängen (unterhalb der Einsatzwellenlänge). Hier ist ein hoher Reflexionsgrad (>98%) erwünscht, um die Signalintensität zu erhalten.
  2. Transmissionsband (Durchlassbereich): Der Spektralbereich, in dem die Komponente einfallendes Licht transmittiert. Bei einem dichroitischen Langpassfilter umfasst dieser die längeren Wellenlängen (oberhalb der Einsatzwellenlänge).
  3. Übergangsbreite (Flankensteilheit): Die Schärfe des Übergangs zwischen Reflexionsband und Transmissionsband. Eine „steile“ Flanke (z. B. <5 nm) ist entscheidend, um sehr eng beieinanderliegende Wellenlängen zu trennen.

Spektrale Eigenschaften

In einem Transmissionsdiagramm (Transmission % gegenüber Wellenlänge) ähnelt ein dichroitischer Langpassspiegel einer „Stufenfunktion“, die ansteigt.

  • Der „Anstieg“: Die Kurve beginnt bei ≈ 0% Transmission (Reflexionsbereich) für UV-/blaue Wellenlängen und steigt für grüne/rote/IR-Wellenlängen steil auf >90% Transmission an.

Beispielanwendung: Fluoreszenzmikroskopie (DMLP505)

Ein branchenübliches Beispiel ist der 505 nm Langpass-Dichroit (DMLP505), der häufig zur Visualisierung des grün fluoreszierenden Proteins (GFP) verwendet wird.

  • Kantenwellenlänge: 505 nm
  • Reflexionsband: 380 nm - 495 nm (Blau/UV)
  • Transmissionsband: 515 nm - 700+ nm (Grün/Rot)

Funktionsweise in der Praxis:

  1. Anregung: Eine blaue Lichtquelle (470 nm) trifft auf den Spiegel. Da 470 nm < 505 nm gilt, reflektiert der Spiegel das blaue Licht nach unten auf die Probe, um das GFP anzuregen.
  2. Emission: Die Probe leuchtet und emittiert grünes Licht (525 nm). Dieses Licht gelangt zurück zum Spiegel. Da 525 nm > 505 nm, lässt der Spiegel das grüne Licht direkt zur Kamera durch.