Bandpassfilter

Ein Bandpassfilter ist eine Komponente, die einen bestimmten Wellenlängenbereich durchlässt und andere blockiert. Er wird häufig in den Bereichen maschinelles Sehen, Lidar, Fluoreszenz, Spektroskopie, Astronomie und Sonnensimulation eingesetzt.

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Grundlegende Spezifikationen

Sie können nach BP [CWL]-[FWHM] suchen, um den Bandpassfilter direkt zu finden.

BP266-10 = Bandpassfilter mit mittlerer Wellenlänge = 266 nm, FWHM = 10 nm

  • Mittenwellenlänge (CWL)

    Mit „Mittlere Wellenlänge“ ist die Wellenlänge gemeint, die sich in der Mitte des Durchlassbereichs des Filters befindet.

    Klassifizierung nach CWL

    • UV-Bereich (193 nm – 400 nm)
    • VIS-Bereich (400 nm – 800 nm)
    • NIR-Bereich (800 nm – 1400 nm)
    • IR-Bereich (1400 nm – 1 mm)

    Das Substratmaterial kann je nach zentralem Wellenlängenbereich variieren.

  • FWHM (volle Breite bei halbem Maximum)

    FWHM stellt die Breite des Wellenlängenbereichs dar, in dem der Filter Licht mit 50 % oder mehr seiner Spitzendurchlässigkeit durchlässt.

    Klassifizierung nach FWHM

    • Schmalband (FWHM ≤ 10 nm) wird zur Laserreinigung und chemischen Sensorik verwendet.
    • Standard-Bandfilter (FWHM 25–50 nm) eignen sich gut für die maschinelle Bildverarbeitung.
    • Breitbandfilter (FWHM > 50 nm) werden häufig in der Fluoreszenzmikroskopie verwendet.

  • Spitzenübertragung (Tpk)

    Die Spitzentransmission (Tpk) stellt den maximalen Prozentsatz an Licht dar, der innerhalb des Transmissionsbereichs durch den Filter gelangen kann.

  • Sperrbereich

    Der Sperrbereich bezeichnet den Wellenlängen- oder Frequenzbereich, den ein optischer Filter wirksam dämpft oder vollständig blockiert.

    Typischer Bereich:

    • 200–1100 nm (für VIS und UV)
    • 400–7000 nm (für IR)

  • Optische Dichte

    Die optische Dichte (OD) ist ein Maß dafür, wie viel Licht beim Durchgang durch ein Material absorbiert oder blockiert wird.

    Typischer Bereich von OD

    • Kommerzielle Nutzung: OD2 - OD4
    • Wissenschaftliche Forschung: OD5- OD6

UV-Bereich-Bandpassfilter haben normalerweise eine geringere Transmission

Die Durchlässigkeit von UV-Bandpassfiltern liegt im Allgemeinen zwischen 15 und 30 %. Diese relativ geringe Durchlässigkeit ist auf die Konstruktion und Materialien des UV-Filters zurückzuführen.

Limitierende Faktoren

Zu den geringeren Übertragungsraten tragen mehrere Faktoren bei:

Wesentliche Einschränkungen

  • Die meisten in UV-Filtern verwendeten Materialien weisen eine inhärente Absorption im UV-Bereich auf.
  • Die Absorption von UV-Licht durch Materialien erschwert die Erzielung einer hohen Transmission bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer tiefen Blockierung über weite Wellenlängenbereiche.

Design-Herausforderungen

  • Der Brechungsindexunterschied dielektrischer Materialien nimmt bei kürzeren Wellenlängen ab, sodass mehr Schichten erforderlich sind, um die gewünschte spektrale Kontrolle zu erreichen.
  • Für eine wirksame UV-Filterung sind komplexe Designs mit mehreren Schichten erforderlich, die die optische Streuung erhöhen und die Übertragung verringern können.

Infrarot (IR) Bereich Bandpassfilter sind teurer

Kostenfaktoren

Tatsächlich sind IR-Bandpassfilter typischerweise teurer als sichtbare und NIR-Gegenstücke, und zwar aus folgenden Gründen:

  • Begrenzte Materialauswahl für IR-Wellenlängen
  • Komplexere Fertigungsprozesse

Substratmaterialien für den IR-Bereich

Germanium (Ge)

  • Hervorragende Übertragungseigenschaften im MWIR- bis FIR-Bereich
  • Besonders effektiv für Wellenlängen ab 1,7 µm
  • Verfügt über einen hohen Brechungsindex und eine hohe Knoop-Härte
  • Ideal für Wärmebildgebung und robuste IR-Bildgebungsanwendungen

Silizium (Si)

  • Kostengünstige Lösung für IR-Anwendungen
  • Die Transmission beginnt ab ca. 1,2 µm
  • Leichtes Material mit guter Leistung
  • Häufig verwendet in der Spektroskopie, MWIR-Lasersystemen und THz-Bildgebung

Saphir (Al₂O₃)

  • Bekannt für außergewöhnliche Haltbarkeit und Kratzfestigkeit
  • Bietet umfassende Übertragungsmöglichkeiten
  • Besonders effektiv in NIR-Anwendungen
  • Wird in IR-Lasersystemen, Spektroskopie und robusten Umweltgeräten verwendet

Verwenden der Bedingung

Unterschiedliche Nutzungsbedingungen können zu Änderungen der spektralen Eigenschaften führen.

  • Einfallswinkel

    Beim Erhöhen des Einfallswinkels (AOI) in einem Bandpassfilter.

    Die bedeutendste Änderung ist die Spektralverschiebung , bei der sich das Übertragungsspektrum mit zunehmendem AOI in Richtung kürzerer Wellenlängen verschiebt.

  • Temperatureffekte

    Die meisten Filter zeigen bei steigender Temperatur eine Rotverschiebung (Verschiebung zu längeren Wellenlängen).

    Und der Filter weist bei sinkender Temperatur eine Blauverschiebung (Verschiebung zu kürzeren Wellenlängen) auf.

Spektrale Merkmale

Die spektrale Leistung wird durch das Beschichtungsdesign, die Substratauswahl und die Beschichtungsmaschine bestimmt.

  • Bandpassfilter vom Gaußschen Typ

    Das Bandpassfilter vom Gaußschen Typ erzeugt eine glockenförmige (Gauß-) Übertragungskurve.

    Häufig verwendet in

    • LED-basierte Systeme
    • Kostensensitive Lösung

  • Flat-Top-Bandpassfilter

    Ein Bandpassfilter vom Typ mit flacher Oberseite sorgt für eine gleichbleibende Lichtdurchlässigkeit über einen bestimmten Wellenlängenbereich.

    Häufig verwendet in

    • Laserbasierte Fernerkundung
    • Wo AOI sich leicht ändern kann

Warum wird im LiDAR-System ein Flat-Top-Spektralsystem benötigt?

Fußabdruckdehnung

Der Laserabdruck wird durch folgende Faktoren verlängert:

  • Änderungen des Scanwinkels während des Fluges
  • Variationen in der Geländeneigung
  • Kombinierte Effekte beider Faktoren beeinflussen den AOI

Wenn ein optischer Interferenzfilter von der Normalen geneigt ist:

  • Das Transmissionsspektrum erfährt eine „Blauverschiebung“ hin zu kürzeren Wellenlängen
  • Die Verschiebung wird mit zunehmendem AOI deutlicher
  • Das Flat-Top-Design bietet ein breiteres Toleranzfenster für diese Verschiebungen

Aufbau eines Bandpassfilters

  • Laminatfilter

    Mehrere Filter miteinander verbunden

    • Geschützt durch Dichtungs- und Ringpakete
    • Oft in Schutzgehäuse montiert

    NACHTEILE des Laminatfilters

    • Geringe Haltbarkeit
    • Mäßige Spektralleistung
    • Es können Geisterbilder auftreten

  • Hartbeschichtungsfilter

    Hartbeschichtete Filter werden im Plasmaabscheidungsverfahren mit computergesteuerter Präzision hergestellt

    • Gleichmäßige Schichtverteilung
    • Überlegene Umweltbeständigkeit

    NACHTEILE von Hartbeschichtungsfiltern

    • Teuer
    • Weniger flexible Kombination

Montagelösung

  • Unmontiert

    Unmontierte optische Filter werden typischerweise als Sandwichstruktur mit Schutzfolien auf beiden Seiten verpackt und anschließend zum zusätzlichen Schutz während des Transports und der Lagerung in Schaumstoff oder Luftpolsterfolie eingewickelt.

  • Gewindemontage

    Die Gewindemontage ist eine mechanische Methode zur sicheren Befestigung optischer Filter an Objektiven oder Geräten mithilfe standardisierter Gewinderinge.

  • Filterrad

    Ein Filterrad ist ein drehbares mechanisches Gerät, das mehrere optische Filter aufnehmen und nacheinander in den Lichtweg auswählen kann.

  • Glasfaserfilter Muont

    Eine Glasfaserfilterhalterung ist ein spezielles optisches Gerät, das dazu dient, Filter und andere optische Komponenten in faserbasierte Lichtwege zu integrieren.

  • Filterwürfel

    Ein Filterwürfel ist eine spezielle optische Baugruppe, die hauptsächlich in der Fluoreszenzmikroskopie zur Steuerung und Manipulation bestimmter Wellenlängen des Lichts verwendet wird.

  • Maßgeschneiderte Struktur

    Wir bieten kundenspezifische optomechanische Design- und Fertigungsdienste auf der Grundlage Ihrer 3D-Zeichnungen an, wobei der Prototypenbau bei 150 $ beginnt.

    • Mindestbestellmenge ab 1 Stück

Dienstleistungen

  • Würfeln

    Wir bieten Würfeldienste an, um größere Filter in kleinere Stücke zu schneiden.

    Beispiel:

    • Durchmesser 100 mm (1 Stück) -> 10 x 10 mm (40 Stück)
    • Preis = 50USD
    • Bei Bestellungen größerer Mengen (und Anpassungen) ist der Würfelservice kostenlos.

  • Getriebeinspektion

    Zur Überprüfung von Bandpassfiltern verwenden wir ein Cary-Spektralphotometer. Sie können vor der Bestellung Rohdaten bei uns anfordern.

    • Das Anfordern vorhandener Testdaten ist kostenfrei
    • Zusätzliche Übertragungstests kosten 35 $ pro Probe

    >> Beispieldaten.csv

Optischer Filter, der üblicherweise in einem großen Wafer hergestellt wird

  • Filter werden typischerweise als große Platten (bis zu 12" Durchmesser) hergestellt, auf die zuerst eine Beschichtung aufgetragen wird.
  • Die beschichteten Platten werden anschließend mit verschiedenen Verfahren auf die gewünschten Abmessungen zugeschnitten:
  1. Würfeln mit ultradünnen Klingen für präzise Schnitte
  2. CNC-Sägen für Quadrate und Rechtecke
  3. Diamantkernbohren für kreisrunde Formen

Der Großplattenansatz für Filter bietet mehrere Vorteile:

  • Aus einer einzigen beschichteten Platte können mehrere Filter hergestellt werden
  • Reduziert die Gesamtproduktionszeit im Vergleich zur Einzelverarbeitung
  • Ermöglicht eine bessere Qualitätskontrolle der Beschichtungsgleichmäßigkeit

Bandpassfilter-Verzeichnis

UV (100-400 nm)

sichtbar (400-800 nm)

NIR (800-1400 nm)

Wirbel (1400-3µm)

IR (>3µm)

Anpassung

Wir bieten einen Service zur Anpassung von Bandpassfiltern für kleine und große Projekte.

  • Was Sie vor der Anpassung wissen müssen

    • Die Mindestbestellmenge hängt von der Größe der Beschichtungskammer ab.
    • Eine geringere Menge als die Mindestausbeute senkt den Preis nicht wesentlich.
    • Die Mindestkosten beginnen bei 1.500 $ pro Kammerbeschichtung.
    • Die Lieferzeit beträgt in der Regel 2-6 Wochen

  • Anpassungsbereich

    Nachfolgend sind die Spezifikationen aufgeführt, die wir erreichen können. (Aber nicht zusammen auf einem Produkt)

    • Mittlere Wellenlänge = 220 nm – 10500 nm
    • Minimale FWHM = 0,8 nm
    • Optische Dichte = OD6