Interferenzfilter

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Ein Interferenzfilter ist eine Anordnung von mehreren dünnen Schichten bestimmter Eigenschaften auf einer Trägerschicht. Tritt ein "Lichtstrahl" durch den Filter, so interferieren die an den Grenzflächen der Schichten reflektierten (R1, R2) und transmittierten (T1, T2) Strahlanteile sodass es zur Auslöschung (destruktive Interferenz) und Verstärkung (konstruktive Interferenz) Strahlen bestimmter Wellenlängen am Ausgang des Filters kommt. Auslöschung und Verstärkung bestimmter Wellenlängen sind abhängig von den gewählten Schichtdicken (l) des Filters und des Einfallswinkels (θ) der Strahlen.

Damit es zur vollständigen konstruktiven und/oder destruktiven Interferenz kommen kann, müssen folgende Bedingungen erfüllt werden:

• Die zu interferierenden Strahlen müssen dicht nebeneinander parallel verlaufen und kohärent sein. Diese Bedingung ist für die Teilstrahlen (T1) und (T2) sowie die Teilstrahlen (R1) und (R2) gegeben.

• Die Amplitude der Teilstrahlen muss gleich gross sein.
• Die Phasenverschiebung muss
  • (2n-1)*180° (mit n= 1,2,3,4....) bei destruktiver Interferenz betragen oder
  • n*360° (mit n= 0,1,2,3....) bei konstruktiver Interferenz.

Im klassischen Sinne ist ein Interferenzfilter ein nicht durchstimmbares Fabry-Pérot-Interferometer und besteht im einfachsten Fall aus einer dicken Trägerschicht (Glas) auf die eine teildurchlässige metallerne Spiegelschicht (z.B.: Silber, Aluminium) aufgedampft wird gefolgt von einer dünnen dielektrischen und transparenten Schicht und einer zweiten Spiegelschicht. Durch die Schichtdicke (l) der dielektrischen Schicht legt man fest, welche Wellenlängen gefiltert werden. Der Transmissionsgrad der Spiegelschichten beeinflusst die Güte des Filters (bei dünnen Spiegelschichten ist das Maximum des gefilterten Frequenzbandes breit und deren Intensität hoch , daraus folgt eine geringe Güte des Filters).

Im folgenden wird eine Reihe von Filtern aufgelistet, die ebenfalls durch Interferenzeffekte filtern, also ebenfalls Interferenzfilter sind:

• Dielektrischer Filter - Filter ohne Spiegelschichten, sondern aufgebaut aus dielektrischen Schichten bestimmter Schichtdicken und oszillierender Brechzahl (siehe auch Dichroitischer Filter)
• Antireflexschicht (auch Vergütungsschicht oder reflexmindernde Schicht genannt) - destruktive Interferenz der reflektierten Strahlen durch Antireflexschichten auf optischen Bauteilen. Verbesserte Transmission durch konstruktive Interferenz bestimmter Wellenlängen.
• Fabry-Pérot-Interferometer
• Lummer-Gehrcke-Platte
• Fensterscheibe - Auch eine Fensterscheibe ist ein Interferenzfilter, wenn auch der Effekt - durch die Dicke der Scheibe - nur sehr schwach ist.

Auch für Interferenzfilter gilt der Energieerhaltungssatz. Das bedeutet alle am Filter refektierten, absorbierten und transmittierten Strahlen setzen sich aus den einfallenden Strahlen zusammen, wobei der absorbierende Teil sehr gering ausfällt.

[Bearbeiten] Vor- und Nachteile von Interferenzfiltern

• Winkelabhängigkeit des einfallenden Strahls: Das zu filternde Frequenzband kann durch den Einfallswinkel beeinflusst werden. Das Frequenzband verschiebt sich dabei in Richtung kleinerer Wellenlängen. Ist das Einfallsstrahlenbündel nicht parallel, so verschlechtert sich die Güte des Frequenzbandes. Durch dieTatsache, dass die Wirkung des Filters winkelabhängig ist, ist es aber auch möglich eine Feinjustierung der zu filternden Wellenlängen durchzuführen.
• Temperaturabhängigkeit: Durch Temperaturänderungen können im geringen Maße die filternden Schichtdicken beeinflusst werden.
• Geringer Absorbtionskoeffizient : Interferenzfilter heizen nur gering auf. Demgegenüber arbeiten normale Farbfilter mit den Absorbtionseigenschaften bestimmter Wellenlängen und heizen sich dementsprechend stark auf.

[Bearbeiten] Siehe auch

• Fresnelsche Formeln für Amplitudenreflexionskoeffizient und Amplitudentransmissionskoeffizient
• Airy-Funktion gibt den Verlauf der Transmittiernden Intensität in Abhängigkeit zur Wellenlänge an.
• Kantenfilter
• Bandpassfilter
• Notch-Filter
• Strahlteiler