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Principi e applicazioni dei diversi tipi di filtri ottici

Filtri otticisono componenti ottici critici il cui principio fondamentale consiste nel controllare lunghezze d'onda specifiche della luce mediante effetti di selezione (assorbimento, interferenza, diffrazione, ecc.),conseguendo così funzioni quali la selezione spettrale e il controllo dell'intensità.

1Principi fondamentali di funzionamento dei filtri
I diversi tipi di filtri funzionano su meccanismi distinti, principalmente classificati in tre classi:

1. 1.1.Filtri di assorbimento:Sulla base dell'assorbimento selettivo dei materiali, utilizzano le caratteristiche di assorbimento della luce dei materiali filtrici (ad esempio, vetro dopato con ossidi metallici, film di tintura organici) per lunghezze d'onda specifiche.La luce indesiderata viene trasformata in calore e dissipata, permettendo solo il passaggio della lunghezza d'onda bersaglio.

2. 1.2Filtri di interferenza:Sulla base di effetti di interferenza a film sottile, più strati con indice di rifrazione elevato (ad esempio, anidride carbonica) e indice di rifrazione basso (ad esempio, anidride carbonica)le pellicole di biossido di silicio) sono rivestite alternativamente su un substrato di vetro. They achieve precise filtering by utilizing constructive interference (to pass the target wavelength) and destructive interference (to suppress other wavelengths) resulting from reflection and transmission of light at the film interfaces.

3. 1.3.Filtri di diffrazione:Sulla base del principio della separazione della luce per diffrazione, le strutture di griglia periodiche (ad esempio, strisce, griglie) sono incise sulla superficie del substrato.Essi sfruttano il fenomeno della diffrazione (dove la luce di lunghezze d'onda diverse diffraggono ad angoli diversi) per decomporre la luce composita in luce monocromatica, selezionando così la lunghezza d'onda bersaglio.

2.Scenari tipici di applicazione dei filtri
Le applicazioni dei filtri coprono numerosi campi tra cui l'ottica, l'elettronica e la medicina.

1. 2.1Imaging e fotografia:

   • (1).Eliminazione della luce scorrevole:Filtri polarizzatori (un tipo di filtrifiltro di interferenza) può filtrare la luce riflessa dalle superfici (ad esempio, acqua, abbagliamento del vetro), rendendo i soggetti nelle foto più chiari.

   • (2) Controllo dell'esposizione:Filtri a densità neutra (Filtri ND, tipo di assorbimento o interferenza) attenuano uniformemente l'intensità luminosa in tutto lo spettro, consentendo esposizioni lunghe in condizioni luminose.

   • (3) Correzione del colore:Utilizzando filtri di colore per regolare i toni dell'immagine.

2. 2.2.Rilevazione biologica e medica:

   • (1) Microscopia a fluorescenza:Utilizza una serie di tre filtri (filtro di eccitazione, specchio dicroico/splitter del fascio, filtro di emissione) per separare con precisione la luce di eccitazione dai segnali fluorescenti,che consentono l'osservazione di proteine etichettate con fluorescenza, virus all'interno delle cellule (ad esempio, nei test di fluorescenza COVID-19).

   • (2) Analisi spettrale:Utilizzando filtri a infrarosso vicino combinati con spettrometri per analizzare la concentrazione di emoglobina nel sangue (attraverso caratteristiche di assorbimento della luce nella banda 700-900 nm),che consente la rilevazione non invasiva del glucosio nel sangue.

3. 2.3Comunicazione ottica e tecnologia laser:

   • (1) Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM):Nelle comunicazioni in fibra ottica, i filtri a banda di tipo interferenza sono utilizzati per combinare segnali ottici di diverse lunghezze d'onda (ad esempio, 1310 nm, 1550 nm) in una singola fibra per la trasmissione,aumento della capacità di comunicazione.

   • (2) Protezione laser:I filtri di bordo o i filtri a tacca sono utilizzati nei sistemi laser per consentire al passaggio della lunghezza d'onda di lavoro (ad esempio, 532 nm di luce verde) mentre bloccano la luce della pompa ad alta energia, proteggendo gli operatori e le apparecchiature.

Il principio fondamentale dei filtri ottici è il "controllo preciso della lunghezza d'onda della luce." Le loro applicazioni risolvono il problema di "quale luce è necessaria e quale luce deve essere esclusa" in vari scenariDalla fotografia quotidiana alla tecnologia aerospaziale avanzata, il ruolo dei filtri permea l'intero processo di generazione, trasmissione e rilevamento della luce.rendendoli un "interruttore ottico" indispensabile nei moderni sistemi ottici.