No, un filtro óptico de interferencia de película delgada convencional no puede ajustarse angularmente para desplazarse hacia una longitud de onda más larga (más roja). Al inclinar un filtro de interferencia con respecto a la incidencia normal (0°), su banda central de transmisión siempre se desplaza hacia una longitud de onda más corta (más azul).
Por qué se produce el «desplazamiento al azul»
Los filtros ópticos de paso de banda y de borde se fabrican con capas alternas de materiales dieléctricos de alta precisión. Funcionan creando interferencia constructiva para determinadas longitudes de onda e interferencia destructiva para otras.
Al inclinar el filtro, aumenta el ángulo de incidencia. Aunque parece lógico pensar que la luz recorrería una trayectoria física más larga en diagonal a través de las capas, la óptica indica lo contrario. Cuando la luz entra en el filtro desde el aire, se refracta en los materiales de recubrimiento con mayor índice de refracción. La física de esta refracción determina que la longitud efectiva del camino óptico, es decir, la diferencia de fase entre los rayos de luz reflejados en las interfaces internas de las películas delgadas, en realidad disminuya.
Como esta longitud de trayectoria efectiva se reduce, la longitud de onda que satisface exactamente la condición de interferencia constructiva también debe ser más corta.
Las matemáticas
La relación se rige por una fórmula del índice efectivo. Esta es la fórmula en texto sin formato:
Longitud de onda angular = Longitud de onda normal * Raíz cuadrada de [ 1 - (sin(Ángulo) / Índice de refracción efectivo)2 ]
- Longitud de onda normal: La longitud de onda central con un ángulo de incidencia de 0°.
- Ángulo: El ángulo de incidencia.
- Índice de refracción efectivo: propiedad de los materiales de recubrimiento específicos utilizados en el filtro.
Dado que el seno de cualquier ángulo mayor que 0 es positivo, el término [sin(Ángulo) / Índice de refracción efectivo)2] siempre es positivo. Al restarlo de 1, el valor dentro de la raíz cuadrada siempre es menor que 1. Multiplicar la longitud de onda inicial por una fracción siempre da como resultado un número menor, es decir, una longitud de onda más corta.
Alternativas para el desplazamiento al rojo
Si un sistema óptico debe ajustarse a una longitud de onda más larga, la sintonización angular no es el método adecuado. En su lugar, los ingenieros ópticos suelen utilizar estos métodos:
- Ajuste térmico: El calentamiento de un filtro interferencial suele provocar un desplazamiento muy leve hacia una longitud de onda mayor. Esto ocurre porque la expansión térmica aumenta físicamente el espesor de las capas dieléctricas y modifica sus índices de refracción.
- Diseño para el desplazamiento hacia el azul: La práctica habitual del sector consiste en adquirir deliberadamente un filtro con una longitud de onda central ligeramente más larga (más roja) que la longitud de onda objetivo. A continuación, el operador puede ajustar con precisión el ángulo del filtro hasta alcanzar la longitud de onda exacta deseada.
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