阻止帯域の反射は、式 R ≈ 1 - T を使用して正確に近似できますか?

|K WONG

簡潔に答えると、フィルターの製造に使用される技術によって完全に異なります。 誘電体(干渉)フィルターの場合、この近似は非常に正確です。吸収型フィルターの場合は完全に誤っています。

ここでは、この現象が起こる理由と、適用する式の判断方法を詳しく説明します。

基礎となる物理原理

光が光学部品に入射するとき、全エネルギーは必ず保存されます。これは、次の基本式で定義されます。

1 = R + T + A + S

ここで:

  • R = 反射
  • T = 透過率
  • A = 吸収
  • S = 散乱

この式を変形すると、反射の正しい式が得られます:

R = 1 - T - A - S

R ≈ 1 - T が正確な場合(誘電体フィルター)

高品質の誘電体バンドパスフィルター(干渉フィルター)では、吸収(A)と散乱(S)がほぼゼロになるように材料が専用設計されています。

AとSは実質的に無視できるため、式はR ≈ 1 - Tに簡略化されます。

この種のフィルターは、不要な波長に対して高度に特化したミラーとして機能することで、阻止帯域を形成します。阻止領域では透過率(T)は実質的にゼロであり(多くの場合、OD4、OD6、またはそれ以上と規定)、その帯域の光のほぼ100%が反射されることを意味します(R ≈ 1)。

R ≈ 1 - T が成立しない場合(吸収フィルター)

不要な光を遮断するために吸収材料(色ガラスなど)を使用する部品では、光エネルギーを吸収して熱に変換することで遮断帯域を形成します。

この場合、吸収(A)が支配的な要因です。阻止帯域では透過(T)が引き続きほぼゼロになりますが、光が反射して戻るわけではありません。反射(R)はガラス表面で生じる自然なフレネル反射のみで、無コーティングの場合は通常約4%から8%です。

吸収型フィルターにR ≈ 1 - Tの式を使用すると、フィルターが遮断光のほぼ100%を反射すると誤って算出されます。実際には、ごく一部のみを反射し、残りを吸収します。

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