標準的な干渉フィルターをダイクロイックミラーとして使用し、遮断波長を反射できますか?

|K WONG

一般的には、いいえ。

構造が似ているように見えても、標準的な干渉フィルターを、遮断波長を反射するダイクロイックミラーとして使用することは推奨されません。

どちらも薄膜誘電体コーティングを使用して光を制御しますが、標準フィルターをダイクロイック光学系で使用すると、複数の重大な光学的問題が生じます。両者を相互に置き換えられない主な理由は次のとおりです。

1. 入射角 (AOI)によるシフト

標準的な干渉フィルターは、ほぼ必ず垂直入射角(0°)で使用するように設計および仕様規定されています。一方、ダイクロイックミラーは通常、45°の角度でビームを分離するように設計されています。

標準的な干渉フィルターを45°に傾けてミラーとして使用すると、薄膜層を通過する光路長が変化します。これにより「ブルーシフト」と呼ばれる現象が生じ、中心波長と透過帯域が短波長側にシフトします。

さらに、フィルターを45°傾けると、その性能は光の偏光状態(s偏光およびp偏光)によって分離します。この偏光分離によりフィルターの遷移エッジの急峻性が損なわれ、透過帯域と反射帯域が歪んで予測不能になります。

2. 遮断方式: 吸収と反射

ブルーシフトを考慮しても、フィルターが遮断光をどのように処理するかという問題が生じます。

  • 全誘電体ハードコートフィルター:最新の高性能バンドパスフィルターは全誘電体構造で、帯域外波長を反射のみによって遮断します。理論上、これらのフィルターは遮断対象の波長を反射しますが、前述したAOIシフトの問題は依然として生じます。
  • 従来型/金属誘電体フィルター: 多くの標準フィルターでは、吸収型色ガラスや金属誘電体コーティングを使用して帯域外光を遮断します。これは一般に「帯域外遮断」と呼ばれます。特定波長を吸収によって遮断するフィルターでは、その光は反射されず、吸収されて熱に変換されるため、その波長に対するミラーとしてはまったく使用できません。

3. ゴーストと第2面反射

ダイクロイックミラーは、「ゴースト」を最小限に抑えるように設計されています。通常、裏面には45°の角度に最適化された反射防止(AR)コーティングが施されています。

標準的な干渉フィルターには通常、0°向けに最適化されたARコーティングが施されていますが、裏面にARコーティングがまったく施されていない場合もあります。45°で光を反射させると、主コーティングは遮断された光を反射しますが、裏面も透過光の一部を反射します。これにより、わずかにずれた二次ビーム(ゴースト反射)が発生し、光学系に悪影響を及ぼす可能性があります。

まとめ

波長に基づいて光束を分割または合成する必要がある場合は、その目的に合わせて設計されたダイクロイックミラーまたはビームスプリッターを使用してください。これらには、偏光を過度に分離することなく45°の角度で効果的に動作するよう専用コーティングが施されており、遮断帯域の光が吸収ではなく反射されることが保証されています。

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