Характеристики фильтров оптического излучения

 

По принципу действия фильтры могут быть разделены на поглощающие (абсорбционные) светофильтры, в которых световая энергия в основном переходит во внутреннюю; и фильтры, в которых происходит перераспределение излучения за счет дисперсии, отражения, рассеивания, дифракции и интерференции.

По виду спектральной характеристики фильтры делят на полосовые (пропускающие излучение в узкой полосе длин волн (рис. 3.29.1а)) и отрезающие (пропускающие волны длиннее данной граничной волны (рис. 3.29.1б)).

Параметрами полосового фильтра являются прозрачность в максимуме 1_тах, рабочая длина волны λ₀, ширина полосы δλ на половине максимальной прозрачности, прозрачность за пределами полосы (фон) I ₀и контрастность, определяемая соотношением I_max /I ₀ .

Параметр θ = λ₀/δλ называется добротностью фильтра (разрешающей способностью спектрального прибора), в простейших случаях это величина порядка 10 – 100.

 

а) б)

Рис. 3.29.1.

 

Параметрами отрезающего фильтра является длина волны перехода от прозрачности к непрозрачности, крутизна спектральной характеристики

 

Κ = Δ Ι/ Δλ. (3.29.2)

 

Коэффициент пропускания среды толщиной d ( см) при учете только потерь на поглощение

. (3.29.2)

 

Спектральная характеристика стекол характеризуется численными значениями показателя поглощения или оптической плотности D_λ для различных длин волн и спектральными кривыми коэффициента пропускания τ_λ,оптической плотности D _λ и логарифма оптической плотности lg D_λ.

Показатель поглощения стекла k_λ для света длиной волны λ определяется из выражения

 

где τ_λ – коэффициент пропускания стекла толщиной l (мм) для монохроматического света длиной волны λ.

Оптическая плотность D_λ массы стекла для монохроматического света длиной волны λ связана с показателем поглощения k_λ и коэффициентом пропускания τ _λ следующим соотношением:

 

При расчете оптической плотности светофильтра необходимо учитывать, кроме поглощения света, потери на отражение от двух поверхностей стекла и вводить соответствующую поправку.

Коэффициент пропускания τ_λ. светофильтра толщиной l (мм) при перпендикулярном па­дении монохроматического света данной длин волны равен:

 

, (3.29. 6)

 

где ρ – коэффициент отражения. Оптическая плотность D_λ 'светофильтра для данной длины волны равна:

 

, (3.29.7)

 

где D_ρ – поправка на отражение света от двух поверхностей стекла.

Поправка на отражение определяется из выражения

 

D_ρ= -2lg(1 – ρ), (3.29.8)

 

где коэффициент отражения ρопределяется по формуле Френеля:

 

 

Обычно коэффициент отражения ρусловно принимается за постоянную для стекла каж­дой марки величину, зависящую только от показателя преломления этого стекла в види­мой области спектра n_D. Фактически показатель преломления непостоянен и зависит от длины волны проходящего света. Наиболее значительно показатель преломления отлича­ется от n_D в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Это вносит погреш­ность в определении коэффициента отражения и поправки на отражение от поверхностей стекла. Наибольшей эта погрешность будет в тех случаях, когда рабочая область светофильтра находится за пределами видимого спектра, а величина показа­теля поглощения мала, т.е. сравнима с величиной коэффициента отражения.

 

Таблица 2