近赤外(NIR)域用ハードコーティングバンドパスフィルタ
- >90% Transmission at Design Wavelength
- Pass Regions from 1 nm to 70 nm FWHM
- Ø12.5 mm or Ø25 mm Mounted Filters
FBH808-3
Ø25 mm
FWHM: 3 nm
FLH051064-8
Ø12.5 mm
FWHM: 8 nm
FBH1300-12
Ø25 mm
FWHM: 12 nm
FBH1550-40
Ø25 mm
FWHM: 40 nm
Arrow Points in the Direction of Transmission
Please Wait
General Specifications | |
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Out of Band Optical Density | ODabs > 5 (700 to 1650 nm CWLs) ODabs > 4 (2000 nm CWL) |
Transmission at CWL | > 90% |
Angle of Incidence | 0° |
Housing Diameter | 12.5 mm or 25 mm |
Clear Aperture | Ø10.0 mm for Ø12.5 mm Ø21.1 mm for Ø25 mm |
Mounted Thickness | 3.5 mm |
Surface Quality | 60-40 Scratch-Dig |
Coating | Hard Coated |
Operating Temperature | -40 to 90 °Ca |
Edge Treatment | Mounted in Black Anodized Aluminum Ring |
Edge Markings | Item #, Engraved Arrowb |
Substrate | UV Fused Silicac |
Damage Thresholdd | Item # FLH1064-10: Pulsed, 2 J/cm2 (1064 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø1.020 mm) |
Available Wavelengths |
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700 - 750 nm |
760 - 790 nm |
800 - 840 nm |
850 - 890 nm |
900 - 940 nm |
950 - 990 nm |
1000 - 1064 nm |
1070 - 1250 nm |
1300 - 1490 nm |
1500 - 1590 nm |
1600 - 2000 nm |
特長
- 阻止域での優れた減衰特性
- ODabs >4 (中心波長: 2000 nm)
- ODabs >5 (中心波長: 700~1650 nm)
- 外径: 12.5 mmと25 mmをご用意
- 透過方向は側面に刻印
- 入射方向を変えたときに影響を受けるのは後方散乱と反射のみで、フィルタの性能には影響しません。
- 中心波長(Center Wavelength: CWL): 700 nm~2000 nm
- ハードコーティングバンドパスフィルターキットもご用意(下記参照)
- バンドパスフィルタのサイズは特注も可能。詳細は当社までお問い合わせください。
ハードコーティングバンドパスフィルタは、主にYb:YAGレーザ、Nd:YLFレーザ、Nd:YAGレーザ、Tm:YAGレーザ、半導体レーザとのアイソレーションを改善するように設計されており、遮断波長域での優れた透過阻止特性 (ODabs >4) と設計波長における透過率>90%を実現しています。厚さ3.5 mm、外径Ø12.5 mmまたはØ25 mmのフィルタをご用意しています。Ø25 mmフィルタについては、当社のドロップイン式で使用できる蛍光イメージング用吸収フィルタの代替品としてもご利用いただけます。
これらのフィルタの透過帯域では、選択された中心波長に応じて1~70 nm FWHMのFWHMと、傾斜の急峻なカットオン/カットオフ特性が得られます。フィルタの中心波長と透過帯域は、光が表面に対して垂直に入射する場合の仕様です。入射角が0°より大きい場合、中心波長は短波長側にシフトし、透過帯域の形状も変化します。透過帯域のFWHMが1 nmまたは5 nmのフィルタは、特にこのようなシフトの影響を受けやすくなっています。詳細は「チュートリアル」タブをご参照ください。
これらのバンドパスフィルタは、UV溶融石英(UVFS)製の基板上にハードコートされた、耐久性の高い誘電体膜を有します。この薄膜の構造は基本的に1/4波長層を調整して積層したものであり、それらの干渉効果を利用してスペクトルを分離しています。フィルタのコーティングは高密度であるため、1枚の基板上に構築することができ、それにより安定した長寿命のフィルタが実現されています。 このコーティングは、高品質の光学素子を使用する際に必要とされる通常のクリーニングや取扱いに耐えられます。耐久性や透過率の向上など、ソフトコーティングフィルタと比較してハードコーティングフィルタが優れている点については、「比較」タブをご覧ください。
各フィルタは黒色アルマイト加工されたアルミニウム製リングに取付けられており、そのリングには設計上の伝播方向を示す矢印が刻印されています。このリングが付いているため取扱いやすく、また散乱も制限されて透過阻止性能(OD値)も向上します。これらのフィルタは、当社のフィルターマウントやフィルターホイールに取り付けることができます。マウントには取付け用のネジがないため、当社の内ネジ付きレンズチューブに取り付ける際は固定リングが必要になります。なお、マウントからフィルタを取り外すとフィルタに損傷を与える危険性が非常に高くなるため、取り外しはお勧めいたしません。
Additional Bandpass Filters | ||||||
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UV/VIS Hard-Coated Bandpass Filters 300 - 694 nm CWLs | Wedged Hard-Coated Bandpass Filters 532 - 785 nm CWLs | NIR Hard-Coated Bandpass Filters 700 - 2000 nm CWLs | IR Bandpass Filters 1750 - 12 000 nm CWLs | Bandpass Filter Kits | ||
当社では、中心波長やFWHMの異なる、カスタムバンドパスフィルタもご提供しています。お見積に関しては当社までお問い合わせください。 |
Damage Threshold Specifications | |
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Item # | Damage Threshold |
FLH1064-10a | Pulsed: 2 J/cm2 (1064 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø1.020 mm) |
ハードコーティングバンドパスフィルタの損傷閾値データ
右の仕様は当社のハードコーティングバンドパスフィルタ(FLH1064-10)の測定値です。
レーザによる損傷閾値について
このチュートリアルでは、レーザ損傷閾値がどのように測定され、使用する用途に適切な光学素子の決定にその値をどのようにご利用いただけるかを総括しています。お客様のアプリケーションにおいて、光学素子を選択する際、光学素子のレーザによる損傷閾値(Laser Induced Damage Threshold :LIDT)を知ることが重要です。光学素子のLIDTはお客様が使用するレーザの種類に大きく依存します。連続(CW)レーザは、通常、吸収(コーティングまたは基板における)によって発生する熱によって損傷を引き起こします。一方、パルスレーザは熱的損傷が起こる前に、光学素子の格子構造から電子が引き剥がされることによって損傷を受けます。ここで示すガイドラインは、室温で新品の光学素子を前提としています(つまり、スクラッチ&ディグ仕様内、表面の汚染がないなど)。光学素子の表面に塵などの粒子が付くと、低い閾値で損傷を受ける可能性があります。そのため、光学素子の表面をきれいで埃のない状態に保つことをお勧めします。光学素子のクリーニングについては「光学素子クリーニングチュートリアル」をご参照ください。
テスト方法
当社のLIDTテストは、ISO/DIS 11254およびISO 21254に準拠しています。
初めに、低パワー/エネルギのビームを光学素子に入射します。その光学素子の10ヶ所に1回ずつ、設定した時間(CW)またはパルス数(決められたprf)、レーザを照射します。レーザを照射した後、倍率約100倍の顕微鏡を用いた検査で確認し、すべての確認できる損傷を調べます。特定のパワー/エネルギで損傷のあった場所の数を記録します。次に、そのパワー/エネルギを増やすか減らすかして、光学素子にさらに10ヶ所レーザを照射します。このプロセスを損傷が観測されるまで繰返します。損傷閾値は、光学素子が損傷に耐える、損傷が起こらない最大のパワー/エネルギになります。1つのミラーBB1-E02の試験結果は以下のようなヒストグラムになります。
上の写真はアルミニウムをコーティングしたミラーでLIDTテストを終えたものです。このテストは、損傷を受ける前のレーザのエネルギは0.43 J/cm2 (1064 nm、10 ns pulse、 10 Hz、Ø1.000 mm)でした。
Example Test Data | |||
---|---|---|---|
Fluence | # of Tested Locations | Locations with Damage | Locations Without Damage |
1.50 J/cm2 | 10 | 0 | 10 |
1.75 J/cm2 | 10 | 0 | 10 |
2.00 J/cm2 | 10 | 0 | 10 |
2.25 J/cm2 | 10 | 1 | 9 |
3.00 J/cm2 | 10 | 1 | 9 |
5.00 J/cm2 | 10 | 9 | 1 |
試験結果によれば、ミラーの損傷閾値は 2.00 J/cm2 (532 nm、10 ns pulse、10 Hz、 Ø0.803 mm)でした。尚、汚れや汚染によって光学素子の損傷閾値は大幅に低減されるため、こちらの試験はクリーンな光学素子で行っています。また、特定のロットのコーティングに対してのみ試験を行った結果ではありますが、当社の損傷閾値の仕様は様々な因子を考慮して、実測した値よりも低めに設定されており、全てのコーティングロットに対して適用されています。
CWレーザと長パルスレーザ
光学素子がCWレーザによって損傷を受けるのは、通常バルク材料がレーザのエネルギを吸収することによって引き起こされる溶解、あるいはAR(反射防止)コーティングのダメージによるものです[1]。1 µsを超える長いパルスレーザについてLIDTを論じる時は、CWレーザと同様に扱うことができます。
パルス長が1 nsと1 µs の間のときは、損傷は吸収、もしくは絶縁破壊のどちらかで発生していると考えることができます(CWとパルスのLIDT両方を調べなければなりません)。吸収は光学素子の固有特性によるものか、表面の不均一性によるものかのどちらかによって起こります。従って、LIDTは製造元の仕様以上の表面の質を有する光学素子にのみ有効です。多くの光学素子は、ハイパワーCWレーザで扱うことができる一方、アクロマティック複レンズのような接合レンズやNDフィルタのような高吸収光学素子は低いCWレーザ損傷閾値になる傾向にあります。このような低い損傷閾値は接着剤や金属コーティングにおける吸収や散乱によるものです。
繰返し周波数(prf)の高いパルスレーザは、光学素子に熱的損傷も引き起こします。この場合は吸収や熱拡散率のような因子が深く関係しており、残念ながらprfの高いレーザが熱的影響によって光学素子に損傷を引き起こす場合の信頼性のあるLIDTを求める方法は確立されておりません。prfの大きいビームでは、平均出力およびピークパワーの両方を等しいCW出力と比較する必要があります。また、非常に透過率の高い材料では、prfが上昇してもLIDTの減少は皆無かそれに近くなります。
ある光学素子の固有のCWレーザの損傷閾値を使う場合には、以下のことを知る必要があります。
- レーザの波長
- ビーム径(1/e2)
- ビームのおおよその強度プロファイル(ガウシアン型など)
- レーザのパワー密度(トータルパワーをビームの強度が1/e2の範囲の面積で割ったもの)
ビームのパワー密度はW/cmの単位で計算します。この条件下では、出力密度はスポットサイズとは無関係になります。つまり、スポットサイズの変化に合わせてLIDTを計算し直す必要がありません(右グラフ参照)。平均線形パワー密度は、下の計算式で算出できます。
ここでは、ビーム強度プロファイルは一定であると仮定しています。次に、ビームがホットスポット、または他の不均一な強度プロファイルの場合を考慮して、おおよその最大パワー密度を計算する必要があります。ご参考までに、ガウシアンビームのときはビームの強度が1/e2の2倍のパワー密度を有します(右下図参照)。
次に、光学素子のLIDTの仕様の最大パワー密度を比較しましょう。損傷閾値の測定波長が光学素子に使用する波長と異なっている場合には、その損傷閾値は適宜補正が必要です。おおよその目安として参考にできるのは、損傷閾値は波長に対して比例関係であるということです。短い波長で使う場合、損傷閾値は低下します(つまり、1310 nmで10 W/cmのLIDTならば、655 nmでは5 W/cmと見積もります)。
この目安は一般的な傾向ですが、LIDTと波長の関係を定量的に示すものではありません。例えば、CW用途では、損傷はコーティングや基板の吸収によってより大きく変化し、必ずしも一般的な傾向通りとはなりません。上記の傾向はLIDT値の目安として参考にしていただけますが、LIDTの仕様波長と異なる場合には当社までお問い合わせください。パワー密度が光学素子の補正済みLIDTよりも小さい場合、この光学素子は目的の用途にご使用いただけます。
当社のウェブ上の損傷閾値の仕様と我々が行った実際の実験の値の間にはある程度の差があります。これはロット間の違いによって発生する誤差を許容するためです。ご要求に応じて、当社は個別の情報やテスト結果の証明書を発行することもできます。損傷解析は、類似した光学素子を用いて行います(お客様の光学素子には損傷は与えません)。試験の費用や所要時間などの詳細は、当社までお問い合わせください。
パルスレーザ
先に述べたように、通常、パルスレーザはCWレーザとは異なるタイプの損傷を光学素子に引き起こします。パルスレーザは損傷を与えるほど光学素子を加熱しませんが、光学素子から電子をひきはがします。残念ながら、お客様のレーザに対して光学素子のLIDTの仕様を照らし合わせることは非常に困難です。パルスレーザのパルス幅に起因する光学素子の損傷には、複数の形態があります。以下の表中のハイライトされた列は当社の仕様のLIDT値が当てはまるパルス幅に対する概要です。
パルス幅が10-9 sより短いパルスについては、当社の仕様のLIDT値と比較することは困難です。この超短パルスでは、多光子アバランシェ電離などのさまざまなメカニクスが損傷機構の主流になります[2]。対照的に、パルス幅が10-7 sと10-4 sの間のパルスは絶縁破壊、または熱的影響により光学素子の損傷を引き起こすと考えられます。これは、光学素子がお客様の用途に適しているかどうかを決定するために、レーザービームに対してCWとパルス両方による損傷閾値を参照しなくてはならないということです。
Pulse Duration | t < 10-9 s | 10-9 < t < 10-7 s | 10-7 < t < 10-4 s | t > 10-4 s |
---|---|---|---|---|
Damage Mechanism | Avalanche Ionization | Dielectric Breakdown | Dielectric Breakdown or Thermal | Thermal |
Relevant Damage Specification | No Comparison (See Above) | Pulsed | Pulsed and CW | CW |
お客様のパルスレーザに対してLIDTを比較する際は、以下のことを確認いただくことが重要です。
- レーザの波長
- ビームのエネルギ密度(トータルエネルギをビームの強度が1/e2の範囲の面積で割ったもの)
- レーザのパルス幅
- パルスの繰返周波数(prf)
- 実際に使用するビーム径(1/e2 )
- ビームのおおよその強度プロファイル(ガウシアン型など)
ビームのエネルギ密度はJ/cm2の単位で計算します。右のグラフは、短パルス光源には、エネルギ密度が適した測定量であることを示しています。この条件下では、エネルギ密度はスポットサイズとは無関係になります。つまり、スポットサイズの変化に合わせてLIDTを計算し直す必要がありません。ここでは、ビーム強度プロファイルは一定であると仮定しています。ここで、ビームがホットスポット、または他の不均一な強度プロファイルの場合を考慮して、おおよその最大パワー密度を計算する必要があります。ご参考までに、ガウシアンビームのときは一般にビームの強度が1/e2のときの2倍のパワー密度を有します。
次に、光学素子のLIDTの仕様と最大エネルギ密度を比較しましょう。損傷閾値の測定波長が光学素子に使用する波長と異なっている場合には、その損傷閾値は適宜補正が必要です[3]。経験則から、損傷閾値は波長に対して以下のような平方根の関係であるということです。短い波長で使う場合、損傷閾値は低下します(例えば、1064 nmで 1 J/cm2のLIDTならば、532 nmでは0.7 J/cm2と計算されます)。
波長を補正したエネルギ密度を得ました。これを以下のステップで使用します。
ビーム径は損傷閾値を比較する時にも重要です。LIDTがJ/cm2の単位で表される場合、スポットサイズとは無関係になりますが、ビームサイズが大きい場合、LIDTの不一致を引き起こす原因でもある不具合が、より明らかになる傾向があります[4]。ここで示されているデータでは、LIDTの測定には<1 mmのビーム径が用いられています。ビーム径が5 mmよりも大きい場合、前述のようにビームのサイズが大きいほど不具合の影響が大きくなるため、LIDT (J/cm2)はビーム径とは無関係にはなりません。
次に、パルス幅について補正します。パルス幅が長くなるほど、より大きなエネルギに光学素子は耐えることができます。パルス幅が1~100 nsの場合の近似式は以下のようになります。
お客様のレーザのパルス幅をもとに、光学素子の補正されたLIDTを計算するのにこの計算式を使います。お客様の最大エネルギ密度が、この補正したエネルギ密度よりも小さい場合、その光学素子はお客様の用途でご使用いただけます。ご注意いただきたい点は、10-9 s と10-7 sの間のパルスにのみこの計算が使えることです。パルス幅が10-7 sと10-4 sの間の場合には、CWのLIDTも調べなければなりません。
当社のウェブ上の損傷閾値の仕様と我々が行った実際の実験の値の間にはある程度の差があります。これはロット間の違いによって発生する誤差を許容するためです。ご要求に応じて、当社では個別のテスト情報やテスト結果の証明書を発行することも可能です。詳細は、当社までお問い合わせください。
[1] R. M. Wood, Optics and Laser Tech. 29, 517 (1998).
[2] Roger M. Wood, Laser-Induced Damage of Optical Materials (Institute of Physics Publishing, Philadelphia, PA, 2003).
[3] C. W. Carr et al., Phys. Rev. Lett. 91, 127402 (2003).
[4] N. Bloembergen, Appl. Opt. 12, 661 (1973).
レーザーシステムが光学素子に損傷を引き起こすかどうか判断するプロセスを説明するために、レーザによって引き起こされる損傷閾値(LIDT)の計算例をいくつかご紹介します。同様の計算を実行したい場合には、右のボタンをクリックしてください。計算ができるスプレッドシートをダウンロードいただけます。ご使用の際には光学素子のLIDTの値と、レーザーシステムの関連パラメータを緑の枠内に入力してください。スプレッドシートでCWならびにパルスの線形パワー密度、ならびにパルスのエネルギ密度を計算できます。これらの値はスケーリング則に基づいて、光学素子のLIDTの調整スケール値を計算するのに用いられます。計算式はガウシアンビームのプロファイルを想定しているため、ほかのビーム形状(均一ビームなど)には補正係数を導入する必要があります。 LIDTのスケーリング則は経験則に基づいていますので、確度は保証されません。なお、光学素子やコーティングに吸収があると、スペクトル領域によってLIDTが著しく低くなる場合があります。LIDTはパルス幅が1ナノ秒(ns)未満の超短パルスには有効ではありません。
ガウシアンビームの最大強度は均一ビームの約2倍です。
CWレーザの例
波長1319 nm、ビーム径(1/e2)10 mm、パワー0.5 Wのガウシアンビームを生成するCWレーザーシステム想定します。このビームの平均線形パワー密度は、全パワーをビーム径で単純に割ると0.5 W/cmとなります。
しかし、ガウシアンビームの最大パワー密度は均一ビームの約2倍です(右のグラフ参照)。従って、システムのより正確な最大線形パワー密度は1 W/cmとなります。
アクロマティック複レンズAC127-030-CのCW LIDTは、1550 nmでテストされて350 W/cmとされています。CWの損傷閾値は通常レーザ光源の波長に直接スケーリングするため、LIDTの調整値は以下のように求められます。
LIDTの調整値は350 W/cm x (1319 nm / 1550 nm) = 298 W/cmと得られ、計算したレーザーシステムのパワー密度よりも大幅に高いため、この複レンズをこの用途に使用しても安全です。
ナノ秒パルスレーザの例:パルス幅が異なる場合のスケーリング
出力が繰返し周波数10 Hz、波長355 nm、エネルギ1 J、パルス幅2 ns、ビーム径(1/e2)1.9 cmのガウシアンビームであるNd:YAGパルスレーザーシステムを想定します。各パルスの平均エネルギ密度は、パルスエネルギをビームの断面積で割って求めます。
上で説明したように、ガウシアンビームの最大エネルギ密度は平均エネルギ密度の約2倍です。よって、このビームの最大エネルギ密度は約0.7 J/cm2です。
このビームのエネルギ密度を、広帯域誘電体ミラーBB1-E01のLIDT 1 J/cm2、そしてNd:YAGレーザーラインミラーNB1-K08のLIDT 3.5 J/cm2と比較します。LIDTの値は両方とも、波長355 nm、パルス幅10 ns、繰返し周波数10 Hzのレーザで計測しました。従って、より短いパルス幅に対する調整を行う必要があります。 1つ前のタブで説明したようにナノ秒パルスシステムのLIDTは、パルス幅の平方根にスケーリングします:
この調整係数により広帯域誘電体ミラーBB1-E01のLIDTは0.45 J/cm2に、Nd:YAGレーザーラインミラーのLIDTは1.6 J/cm2になり、これらをビームの最大エネルギ密度0.7 J/cm2と比較します。広帯域ミラーはレーザによって損傷を受ける可能性があり、より特化されたレーザーラインミラーがこのシステムには適していることが分かります。
ナノ秒パルスレーザの例:波長が異なる場合のスケーリング
波長1064 nm、繰返し周波数2.5 Hz、パルスエネルギ100 mJ、パルス幅10 ns、ビーム径(1/e2)16 mmのレーザ光を、NDフィルタで減衰させるようなパルスレーザーシステムを想定します。これらの数値からガウシアン出力における最大エネルギ密度は0.1 J/cm2になります。Ø25 mm、OD 1.0の反射型NDフィルタ NDUV10Aの損傷閾値は355 nm、10 nsのパルスにおいて0.05 J/cm2で、同様の吸収型フィルタ NE10Aの損傷閾値は532 nm、10 nsのパルスにおいて10 J/cm2です。1つ前のタブで説明したように光学素子のLIDTは、ナノ秒パルス領域では波長の平方根にスケーリングします。
スケーリングによりLIDTの調整値は反射型フィルタでは0.08 J/cm2、吸収型フィルタでは14 J/cm2となります。このケースでは吸収型フィルタが光学損傷を防ぐには適した選択肢となります。
マイクロ秒パルスレーザの例
パルス幅1 µs、パルスエネルギ150 µJ、繰返し周波数50 kHzで、結果的にデューティーサイクルが5%になるレーザーシステムについて考えてみます。このシステムはCWとパルスレーザの間の領域にあり、どちらのメカニズムでも光学素子に損傷を招く可能性があります。レーザーシステムの安全な動作のためにはCWとパルス両方のLIDTをレーザーシステムの特性と比較する必要があります。
この比較的長いパルス幅のレーザが、波長980 nm、ビーム径(1/e2)12.7 mmのガウシアンビームであった場合、線形パワー密度は5.9 W/cm、1パルスのエネルギ密度は1.2 x 10-4 J/cm2となります。これをポリマーゼロオーダ1/4波長板WPQ10E-980のLIDTと比較してみます。CW放射に対するLIDTは810 nmで5 W/cm、10 nsパルスのLIDTは810 nmで5 J/cm2です。前述同様、光学素子のCW LIDTはレーザ波長と線形にスケーリングするので、CWの調整値は980 nmで6 W/cmとなります。一方でパルスのLIDTはレーザ波長の平方根とパルス幅の平方根にスケーリングしますので、1 µsパルスの980 nmでの調整値は55 J/cm2です。光学素子のパルスのLIDTはパルスレーザのエネルギ密度よりはるかに大きいので、個々のパルスが波長板を損傷することはありません。しかしレーザの平均線形パワー密度が大きいため、高出力CWビームのように光学素子に熱的損傷を引き起こす可能性があります。
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この図に示されている層の数は実際のハードコーティングバンドパスフィルタにおける層の数を表すものではありません。また図の縮尺率も実物と整合してはいません。
ハードコーティングバンドパスフィルタの構造
バンドパスフィルタは基板の表面に物質の層を重ねて作製されます。当社のバンドパスフィルタは、誘電体多層膜と誘電体スペーサ層とが交互に重ねられています。各誘電体多層膜は、低屈折率と高屈折率の誘電体が交互に重なった多数の層で構成されています。誘電体多層膜内の各層の厚さはλ/4で、λはバンドパスフィルタの中心波長(すなわち、光を垂直入射した時にフィルタを透過する波長の中で最も高い透過率を示す波長)です。スペーサ層はそれらの誘電体多層膜の間に配置されます。その厚さは(nλ)/2で、nは整数です。誘電体多層膜に挟まれたスペーサ層によりファブリペロー共振器が形成されます。フィルタは保護と扱いやすさのために、刻印付きの金属製リング内に取り付けられています。
フィルタ動作の概要
ファブリペロー共振器は、そこで強め合うように干渉する中心波長とその両側の狭い波長域の光を効率的に伝搬させ、その一方で弱め合うように干渉する透過帯域外の光の伝搬を阻止します。しかし中心波長の両側で阻止できる波長域は広くありません。 フィルタのこの阻止帯域を広げるために、阻止帯域が広い材料を基板として使用したり、あるいはその材料をスペーサ層にコーティングしたりします。このような材料は帯域外の入射光を効率的に遮断しますが、透過帯域内の透過量も低減させます。
フィルタの温度
フィルタの温度を変えることで、フィルタの中心波長を僅かにチューニング(フィルタの動作範囲にわたり約1 nm)することができます。これは主にフィルタの層の僅かな熱膨張または熱収縮によって起こります。
フィルタの向き
透過方向
フィルタの縁に刻印されている矢印は、推奨する光の透過方向を示しています。コーティング面を光源側に向けると、不要な散乱光と光源に戻る反射光を低減できます。しかし、フィルタを反対の向きで使用しても、フィルタの性能に著しい影響はありません。右の図では、フィルタを低強度の広帯域光で照射し、測定された透過率を波長の関数としてグラフ化しています。このグラフにより、フィルタの透過方向は透過する光の強度やスペクトルにあまり影響しないことが分かります。前向きと後向きでの透過率曲線の小さな差は、フィルタを取り外してひっくり返し、そして再び冶具に取り付ける際に生じた入射角のわずかな変化による可能性があります。
入射角(AOI)
フィルタは、フィルタ表面にコリメート光を垂直に入射して使用するように作られています。非コリメート光や表面に垂直に入射されていない光では、中心波長(透過率がピークとなる波長)が短波長方向にシフトし、透過波長域(透過帯域)の形状が変化します。入射角度を僅かに変化させることは、透過帯域を狭い範囲で僅かに調整する方法として有効です。入射角度を大きく変化させると中心波長も大きく移動しますが、通過帯域の形状を著しく歪ませ、さらには、通過帯域の透過率を大きく低下させる原因にもなります。下のグラフは、様々なフィルタで入射角を変化させた時の透過帯域、透過率、中心波長(CWL)の変化の例を示しています。透過帯域の半値全幅(FWHM)が1 nm~5 nmのフィルタは特にこの影響を受けやすいため、必要とする入射角にセットされているかどうか十分に注意する必要があります。下のグラフは透過帯域FWHMの増加順に示しています。
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このグラフは、ハードコーティングバンドパスフィルタFLH1064-3の透過帯域の透過率とFWHMが、様々な入射角(AOI)によって変化する様子を示しています。FLH1064-3の設計中心波長は1064 nm、透過帯域は3 nmです。
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このグラフは、ハードコーティングバンドパスフィルタFLH532-1の透過帯域の透過率とFWHMが、様々な入射角(AOI)によって変化する様子を示しています。 FLH532-1の設計中心波長は532 nm、透過帯域は1 nmです。
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このグラフは、ハードコーティングバンドパスフィルタFLH1030-10の透過帯域の透過率とFWHMが、様々な入射角(AOI)によって変化する様子を示しています。FLH1030-10の設計中心波長は1030 nm、透過帯域は10 nmです。
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このグラフは、ハードコーティングバンドパスフィルタFBH800-10の透過帯域の透過率とFWHMが、様々な入射角(AOI)によって変化する様子を示しています。 FBH800-10の設計中心波長は800 nm、透過帯域は10 nmです。
下のグラフは、ハードコーティングバンドパスフィルタFLH532-1、FLH1064-3、FLH1030-10の特性が、入射角(AOI)によって変化する様子を示しています。
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このグラフは、ピーク透過率に対応する設計中心波長でのFWHMと入射角との関係を示しています。各フィルタの設計中心波長と透過帯域のFWHMは、FLH532-1では532 nmと1 nm、FLH1064-3では1064 nmと3 nm、FLH1030-10では1030 nmと10 nmです。
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このグラフは、設計中心波長での透過率が、入射角(AOI)によって変化する様子を示しています。 透過帯域が広いほど、フィルタの透過率は入射角の影響を受けにくいことがわかります。各フィルタの設計中心波長と透過帯域のFWHMは、FLH532-1では532 nmと1 nm、FLH1064-3では1064 nmと3 nm、FLH1030-10では1030 nmと10 nmです。
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このグラフは、設計波長が1030 nm、透過帯域のFWHMが10 nmのハードコーティングバンドパスフィルタFLH1030-10の透過率が最大となるときの入射角と中心波長の関係を示しています。
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このグラフは、設計波長が1064 nm、透過帯域のFWHMが3 nmのハードコーティングバンドパスフィルタFLH1064-3の透過率が最大となるときの入射角と中心波長の関係を示しています。
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このグラフは、設計波長が532 nm、透過帯域のFWHMが1 nmのハードコーティングバンドパスフィルタFLH532-1の透過率が最大となるときの入射角と中心波長の関係を示しています。
フィルタの反射率
当社のハードコーティングバンドパスフィルタは、帯域外の光を効率的に反射します。下のグラフは、設計中心波長が1200 nm、透過帯域のFWHMが10 nmのハードコーティングバンドパスフィルタFBH1200-10の反射率の測定値を示しています、このフィルタの遮断波長域は、200~1180 nmおよび1220~1700 nmの範囲でODabs >5として規定されています。
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このグラフは、200 nm~1800 nmの広範囲にわたるハードコーティングバンドパスフィルタFBH1200-10の反射率を示しています。このフィルタは、200~1180 nmおよび1220~1700 nmの遮断波長域内では高い反射率を示します。ガラス基板による吸収率の増加により、300 nm未満では反射率は低下します。
帯域外におけるフィルタ性能
ハードコーティングバンドパスフィルタの透過特性と光学濃度特性は、帯域外の波長では考慮されていません。下のグラフでは、ハードコーティングバンドパスフィルタFBH390-10の遮断波長域(200~379 nm、401~1200 nm)外の波長における、透過率と光学濃度の変化を示しています。FBH390-10の設計中心波長は390 nm、透過帯域のFWHMは10 nmです。このフィルタの遮断波長域は、200~379 nmおよび401~1200 nmの範囲でODabs >5として規定されています。
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このグラフは、200 nm~600 nmにおけるハードコーティングバンドパスフィルタFBH390-10の光学濃度(OD)の測定値を示しています。 ODは1200 nmを超える波長では著しく低下します。
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このグラフは、200 nm~1600 nmの広範囲にわたるハードコーティングバンドパスフィルタFBH390-10の透過率を示しています。 透過率は波長が1200 nmを超えると大きくなります。
ハードコーティングフィルタの利点
ソフトコーティングフィルタの構造
Click to Enlargeソフトコーティングフィルタは、基板層に挟まれた誘電体多層膜を利用します。この図に示されている層の数は実際のバンドパスフィルタにおける層の数を表すものではなく、また縦横比も実際とは異なります。
ハードコーティングフィルタの構造
Click to Enlargeハードコーティングフィルタでは、蒸着は基板表面に施されます。この図に示されている層の数は実際のハードコーティングバンドパスフィルタにおける層の数を表すものではありません。この図面の縦横比も実際とは異なります。
ソフトコーティングとハードコーティングのフィルタは、光学製品として一般的に販売されています。 ソフトコーティングフィルタは、化学的に反応しやすい層の積層構造になっているため、温度安定性が低い、透過率が低い、光散乱が大きい、保存寿命が短いといった問題があります。ハードコーティングフィルタは、高エネルギースパッタリング技術によって光学基板上に化学的に不活性な層を形成するため、そのような欠点がありません。
ソフトコーティングフィルタは、右の図に示すように、マウント内の光学基板間に挟まれた誘電体層で構成されています。誘電体層は、しばしば硫化亜鉛、氷晶石、銀などの壊れやすい材料で構成されています。これらの化学物質は水と反応してフィルタの性能を劣化させるため、湿度の高い環境でのソフトコーティングフィルタの保存寿命は大幅に短くなります。アセンブリの密封部分は環境、取り扱い方、フィルタの組立工程の品質などにより、いずれは機能しなくなり、それに伴って光学性能は急速に低下します。これらの要因により、ソフトコーティングフィルタの寿命は、研究室環境では通常1年から5年です。
ソフトコーティングフィルタが積層構造を有するということは、温度変化がフィルタの光学性能に重大な影響を及ぼすことを意味します。誘電体多層膜、エポキシ、光学基板、吸収ガラス、マウントの熱膨張係数は、一般にはすべて異なるでしょう。その結果、温度変化によってフィルタの形状が予想外に変化することがあります。
ハードコーティングフィルタでは、ガラス基板上に誘電体層をスパッタリングによって作成します。この誘電体多層膜にはソフトコーティングフィルタに使用される材料よりも環境に対して安定な材料が使用されるため、右下の図に示すように性能を低下させることなく環境にさらすことができます。ハードコーティングフィルタはソフトコーティングフィルタよりも薄いため、スペースが限られた用途でも容易に組み込むことができます。スパッタリング工程は自動化されており、再現性が高く、コーティングされていない光学部品に近い透過波面誤差が得られます。
ソフトコーティングフィルタの可視(VIS)波長域での透過率は、銀を使用しない場合で約80%、誘電体多層膜に銀を使用した場合は約50%に制限され、紫外域の透過率はさらに制限されます。下のグラフに示すように、ハードコーティングフィルタでは紫外(UV)域および可視(VIS)域での透過率が向上します。ハードコーティングフィルタのカットオンとカットオフの傾斜は、ソフトコーティングフィルタに比べて急峻です。またハードコーティングフィルタの透過率はソフトコーティングフィルタに比べて平坦です。これは、より複雑なキャビティーフィルタを高い精度と再現性で蒸着できるスパッタリング工程を使用しているためです。
ハードコーティングフィルタとソフトコーティングフィルタのUV域での性能比較
ハードコーティングフィルタとソフトコーティングフィルタの可視域での性能比較
Posted Comments: | |
user
 (posted 2023-12-24 22:59:25.47) Regarding the central wavelength of narrow filters. The datasheet indicates uncertainty of 0.5% of central wavelength. Can you clarify? We are specifically interested in FBH1550-4
Thank you, jpolaris
 (posted 2023-12-26 07:40:56.0) Thank you for contacting Thorlabs. The ±0.5% figure on variability in center-wavelength location is due to part-to-part variation that is inherent to our manufacturing technique. If your application requires a specific value for CWL, we might consider hand-selecting for CWL as a special order at an additional cost. Special requests such as this can be made by contacting us at techsupport@thorlabs.com. I have reached out to you directly to discuss this further. |
下表内では、透過帯域のFWHMが1~5 nmの製品を緑色でハイライト表示しています。
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当社のバンドパスフィルターキットは、可視域(VIS)または近赤外域(NIR)の特定波長域の光を透過して不要な光を遮断するハードコーティングバンドパスフィルタを、10枚セットにした製品です。各フィルタはØ25.0 mmの黒色アルマイト加工されたアルミニウム製リング(ネジ切り無し)に取り付けられているため、固定リングを用いて当社のØ25 mm~Ø25.4 mm(Ø1インチ)レンズチューブやフィルターマウントに取り付けることができます。このフィルターキットは、保管や持ち運びに便利なプラスチック製のケースに収納されています。下の表の[+]ボタンをクリックして展開すると、各キットに付属するフィルタの一覧が表示されます。
FKBV10: CWL351~800 nm、FWHM10 nm |
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FKBV40: CWL400~850 nm、FWHM40 nm |
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FKBIR10: CWL850~1600 nm、FWHM10~12 nm |
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