Zrozumieć filtry dichroiczne

• 2024-01-23
• publikacje
• Udostępnij:  

ZROZUMIENIE FILTRÓW DICHROICZNYCH

Bliższe spojrzenie na ich historię i sposób, w jaki są wykorzystywane do tworzenia kolorów w świetle

Podczas gdy większość architektonicznych źródeł światła LED do zmiany koloru stosuje mieszanie kolorów addytywnych, praktycznie każde zautomatyzowane światło używające mieszania kolorów subtraktywnych wykorzystuje filtry dichroiczne do uzyskania pożądanych efektów. Mieszanie kolorów subtraktywnych rozpoczyna się od białego światła pełnego spektrum, wykorzystując filtry dichroiczne do usunięcia części widzialnego spektrum światła.

Oto trochę ciekawostek z historii i krótki opis, jak są one produkowane. Filtry dichroiczne są często opisywane jako lustra selektywne pod względem częstotliwości - pozwalają na przechodzenie światła o określonej długości fali (lub pasma długości fal) podczas odbijania niepożądanej części widma z powrotem do źródła.

Są one znane jako filtry interferencyjne i są klasyfikowane jako filtry wysokoprzepustowe, niskoprzepustowe, pasmowoprzepustowe lub odrzucenia pasma. Są znacznie bardziej wydajne niż filtry absorpcyjne, takie jak filtr żelowy lub kolorowe szklane filtry (pamiętacie rundelety światła granicznego przy lampach żarowych?), ponieważ zazwyczaj nie absorbują dużo światła. Działają poprzez tworzenie mikroskopijnie cienkich warstw o różnych współczynnikach załamania.

Jak pewnie pamiętacie z lekcji nauk przyrodniczych w szkole podstawowej, załamanie światła zachodzi, gdy światło przechodzi z jednego medium do drugiego, skutkując bardzo niewielką zmianą prędkości transmisji światła, efektywnie zginając promienie świetlne. Możecie zaobserwować ten fenomen w przyrodzie, gdy widzicie połysk oleju na wodzie. Ponieważ olej i woda mają różne współczynniki załamania, załamują światło pod nieco różnymi kątami, co skutkuje efektem tęczy:

Szklane filtry dichroiczne są wytwarzane poprzez nałożenie powłoki powierzchniowej jednej lub kilku warstw przezroczystych materiałów zaprojektowanych do odbijania konkretnego zakresu długości fali. Proces ten polega na "układaniu" mikrowarstw szkła (dwutlenek krzemu lub kryształy kwarcu) z mikrowarstwami tlenków metali, takich jak dwutlenek tytanu, na podłożu szklanym.

Filtry dichroiczne do zastosowań w światłach automatycznych są zazwyczaj wykonane z szkła borokrzemowego. O ile zwykłe szkło płaskie pierwotnie było wytwarzane przez wyciskanie stopionego szkła przez zestaw walców, szkło float jest wytwarzane przez umieszczanie stopionego szkła na kotle z metalu w stanie ciekłym, zazwyczaj cyny. Ponieważ cyna ma znacznie niższy punkt topnienia niż szkło, szkło można schłodzić do punktu krzepnięcia i zsunąć z kładki z jeszcze ciekłego metalu. Szkło float borokrzemowe jest pożądane jako podłoże, ponieważ można je wyprodukować z bardzo płaską, bardzo gładką powierzchnią, ma doskonałą odporność cieplną (ważną, ponieważ nagłe zmiany temperatury mogą spowodować pęknięcie szkła), doskonałą wytrzymałość mechaniczną, wyjątkowo wysoką przezroczystość i odporność chemiczną.

Filtry dichroiczne są rodzajem cienkowarstwowego filtra optycznego. Cienkowarstwowe powłoki były rozwijane już pod koniec XIX wieku przy użyciu technik nanoszenia powłok, w których substancje metaliczne były parowane w próżni przez podgrzewanie drutu z platyny. Molekuły parującego materiału kondensują na chłodniejszej powierzchni materiału, na którym jest nanoszona, powodując powstanie niezwykle cienkiej warstwy.

Wczesne zastosowanie cienkowarstwowych powłok optycznych można śledzić do roku 1912, kiedy to zademonstrowano proces wysokowakuowego osadzania się w próżni do produkcji luster. W latach 30. XX wieku dokonano dalszych postępów w technologii, stosując różne metody osadzania w próżni. W latach poprzedzających II wojnę światową firma Zeiss aktywnie uczestniczyła w opracowywaniu i następnie opatentowaniu antyrefleksyjnych powłok optycznych opartych na osadzaniu cienkowarstwowym. Patent został natychmiast sklasyfikowany jako tajemnica wojskowa i nie został ujawniony aż do 1940 roku.

Jednym z pierwszych głównych zastosowań powłokowanych soczewek było ich stosowanie przez Paramount Pictures do obiektywów kamer i projektorów. Jednym z pierwszych filmów nakręconych i pokazanych w tym systemie był "Przeminęło z wiatrem" w 1939 roku. W czasie II wojny światowej powłoki antyrefleksyjne były szeroko stosowane zarówno przez Niemcy, jak i Sprzymierzeńców w optyce morskiej, peryskopach podwodnych i celownikach bombowych dla samolotów.

Nowoczesna produkcja filtrów dichroicznych wykorzystuje różne techniki, w tym odparowanie termiczne, osadzanie próżniowe wspomagane jonami, osadzanie plazmowe, powlekanie jonowe i napylanie wiązką jonów.  Napylanie wiązką jonów to proces o niskim tempie produkcji, który zapewnia najwyższą jakość warstwy. Na super wypolerowanych powierzchniach można osiągnąć współczynnik odbicia 99,99% przy minimalnych stratach absorpcji i rozproszenia.

Dzięki bogatej wiedzy i doświadczeniu w projektowaniu, gama rozwiązań architektonicznych Anolis Lighting jest nie tylko potężna i solidna, ale może również osiągnąć praktycznie każdy kolor lub białe światło potrzebne do projektu oświetlenia.

Autor: Charlie Hulme, LC - National Business Development Manager, Anolis Lighting North America