입사각 (AOI)의 변화가 차단 대역의 광학 밀도 (OD)에 어떤 영향을 줍니까?

박막 광학 대역 통과 필터에서는 입사각(AOI)을 설계된 각도(일반적으로 0° 또는 수직 입사)에서 변경하면 차단 대역의 광학 밀도(OD)에 큰 영향을 줍니다.

AOI가 증가할 때 나타나는 가장 두드러진 효과는 필터의 전체 분광 응답이 더 짧은 파장 쪽으로 이동하는 것입니다. 이를 일반적으로 “청색 편이”라고 합니다.

이 AOI 변화가 차단 대역의 광학 밀도 에 구체적으로 어떤 영향을 미치는지 설명하면 다음과 같습니다:

1. 파장별 광학 밀도 손실

AOI가 증가함에 따라 전체 투과 및 차단 프로파일이 더 짧은 파장 쪽으로 이동하므로, 특정 목표 파장에서의 OD가 크게 달라질 수 있습니다.

• 1064nm의 특정 레이저 선을 차단하기 위해 필터의 높은 OD(예: OD6)에 의존하는 경우, AOI가 증가하면 필터의 투과 대역이 청색 영역 쪽으로 이동합니다.
• 투과 대역 또는 측대역 리플이 목표 파장 쪽으로 이동하면 해당 특정 파장에서의 OD가 급격히 낮아져 빛이 누설됩니다.

2. 편광 분리(S 편광 및 P 편광)

수직 입사(0°)에서는 편광 상태와 관계없이 빛이 동일하게 거동합니다. 그러나 AOI가 증가하면 입사광은 서로 직교하는 두 편광 상태인 s-편광과 p-편광으로 분리됩니다.

• P 편광은 s 편광보다 훨씬 더 큰 청색 편이를 보입니다.
• S 편광은 이동량이 더 작지만, 투과 대역의 가장자리가 좁아지는 경우가 많고 차단 대역이 다르게 거동할 수 있습니다.
• OD에 미치는 영향: 두 편광 상태가 서로 다른 정도로 이동하므로 투과 대역과 차단 대역 사이의 급격한 전이 에지가 "번지거나" 넓어집니다. 비편광을 사용하는 경우 이러한 분리는 필터 에지의 가파른 정도를 낮추며, 결과적으로 통과 대역 바로 옆의 전이 영역에서 OD를 실질적으로 낮춥니다.

3. 최대 광학 밀도의 저하

박막 간섭 필터는 굴절률이 높은 재료와 낮은 재료를 교대로 적층하여 구성하며, 특정 각도에서 차단 영역에 완전한 상쇄 간섭이 발생하도록 최적화됩니다.

• 각도가 변하면 이러한 미세 층을 통과하는 광학 경로 길이도 변합니다.
• 이러한 위상 불일치는 상쇄 간섭의 효율을 낮춥니다. 그 결과, 입사각이 커질수록 차단 대역의 절대 최대 차단 깊이가 저하될 수 있습니다. 0°에서 OD 7을 달성하는 필터도 이러한 위상 오차로 인해 45°에서는 전체 차단 효율이 낮아질 수 있습니다.

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