Filtro de interferencias

Un filtro de interferencia , filtro dicroico o filtro de película delgada es un filtro óptico que refleja algunas longitudes de onda (colores) de luz y transmite otras, con casi ninguna absorción para todas las longitudes de onda de interés. Un filtro de interferencia puede ser de paso alto , paso bajo , paso de banda o de rechazo de banda. Se utilizan en aplicaciones científicas, así como en iluminación arquitectónica y teatral .

Un filtro de interferencia está formado por varias capas delgadas de material dieléctrico con diferentes índices de refracción. También puede haber capas metálicas. Los filtros de interferencia son selectivos en cuanto a longitud de onda en virtud de los efectos de interferencia que se producen entre las ondas incidentes y reflejadas en los límites de la película delgada. El principio de funcionamiento es similar al de un etalón de Fabry-Perot .

Los espejos dicroicos y los reflectores dicroicos son el mismo tipo de dispositivo, pero se caracterizan por los colores de la luz que reflejan, en lugar de los colores que dejan pasar. Los espejos dieléctricos funcionan según el mismo principio, pero se centran exclusivamente en la reflexión.

Los filtros dicroicos utilizan el principio de interferencia de película delgada y producen colores de la misma manera que las películas de aceite sobre el agua. Cuando la luz incide en una película de aceite en un ángulo, parte de la luz se refleja desde la superficie superior del aceite y parte se refleja desde la superficie inferior, donde está en contacto con el agua. Debido a que la luz que se refleja desde la parte inferior recorre un camino ligeramente más largo, algunas longitudes de onda de luz se refuerzan por este retraso, mientras que otras tienden a cancelarse, lo que produce los colores que se ven. El color transmitido por el filtro exhibe un desplazamiento hacia el azul con el aumento del ángulo de incidencia, consulte Espejo dieléctrico .

En un espejo o filtro dicroico, en lugar de utilizar una película de aceite para producir la interferencia , se construyen capas alternas de revestimientos ópticos con diferentes índices de refracción sobre un sustrato de vidrio . Las interfaces entre las capas de diferente índice de refracción producen reflexiones en fase, reforzando selectivamente ciertas longitudes de onda de luz e interfiriendo con otras longitudes de onda. Las capas se añaden normalmente mediante deposición al vacío . Al controlar el grosor y el número de capas, la frecuencia de la banda de paso del filtro se puede ajustar y hacer tan amplia o estrecha como se desee. Debido a que las longitudes de onda no deseadas se reflejan en lugar de absorberse, los filtros dicroicos no absorben esta energía no deseada durante el funcionamiento y, por lo tanto, no se calientan tanto como el filtro convencional equivalente (que intenta absorber toda la energía excepto la de la banda de paso). (Véase el interferómetro de Fabry-Pérot para una descripción matemática del efecto).

Cuando se separa deliberadamente la luz blanca en varias bandas de color (por ejemplo, en un proyector de vídeo en color o en una cámara de televisión en color ), se utiliza en su lugar un prisma dicroico similar . Sin embargo, en el caso de las cámaras, ahora es más común tener un conjunto de filtros de absorción para filtrar píxeles individuales en un único conjunto de CCD.

Los filtros dicroicos pueden filtrar la luz de una fuente de luz blanca para producir una luz que los seres humanos perciben como muy saturada en color. Estos filtros son populares en aplicaciones arquitectónicas ^[1] y teatrales .

Los reflectores dicroicos, conocidos como espejos fríos, se utilizan comúnmente detrás de una fuente de luz para reflejar la luz visible hacia adelante y permitir que la luz infrarroja invisible pase por la parte trasera del dispositivo. Este tipo de disposición permite una iluminación intensa con un menor calentamiento del objeto iluminado. Muchas lámparas de cuarzo-halógenas tienen un reflector dicroico integrado para este propósito, que originalmente se diseñó para su uso en proyectores de diapositivas para evitar que se derritieran las diapositivas, pero que ahora se utiliza ampliamente para la iluminación interior de hogares y comercios. Esto mejora la blancura al eliminar el exceso de rojo; sin embargo, plantea un grave riesgo de incendio si se utiliza en luminarias empotradas o cerradas al permitir que la radiación infrarroja entre en esas luminarias. Para estas aplicaciones, se deben utilizar lámparas que no sean de haz frío ( ALU o Silverback ). Las luminarias empotradas o cerradas que no son adecuadas para su uso con luces reflectoras dicroicas se pueden identificar mediante el símbolo IEC 60598 No Cool Beam.

En la microscopía de fluorescencia , los filtros dicroicos se utilizan como divisores de haz para dirigir la iluminación de una frecuencia de excitación hacia la muestra y luego hacia un analizador para rechazar esa misma frecuencia de excitación pero dejar pasar una frecuencia de emisión particular.

Algunos proyectores LCD utilizan filtros dicroicos en lugar de prismas para dividir la luz blanca de la lámpara en tres colores antes de pasarla a través de las tres unidades LCD.

Los proyectores DLP más antiguos suelen transmitir una fuente de luz blanca a través de una rueda de color que utiliza filtros dicroicos para cambiar rápidamente los colores enviados a través del dispositivo de microespejos digitales (monocromático) . Los proyectores más nuevos pueden utilizar fuentes de luz láser o LED para emitir directamente las longitudes de onda de luz deseadas.

Se utilizan como separadores armónicos láser. Separan los distintos componentes armónicos de los sistemas láser de frecuencia duplicada mediante reflexión y transmisión espectral selectiva.

Los filtros dicroicos también se utilizan para crear gobos para productos de iluminación de alta potencia. Las imágenes se crean superponiendo hasta cuatro filtros dicroicos de colores.

Los cabezales de color de las ampliadoras fotográficas utilizan filtros dicroicos para ajustar el equilibrio de color en la impresión.

En ocasiones, las joyas de vidrio artísticas se fabrican para que se comporten como un filtro dicroico. Debido a que la longitud de onda de la luz seleccionada por el filtro varía con el ángulo de incidencia de la luz, estas joyas suelen tener un efecto iridiscente , que cambia de color a medida que (por ejemplo) los pendientes se balancean. Otra aplicación interesante de los filtros dicroicos es el filtrado espacial . ^[2]

Con una técnica autorizada por Infitec , Dolby Labs utiliza filtros dicroicos para proyectar películas en 3D . La lente izquierda de las gafas Dolby 3D transmite bandas estrechas específicas de frecuencias rojas, verdes y azules, mientras que la lente derecha transmite un conjunto diferente de frecuencias rojas, verdes y azules. El proyector utiliza filtros coincidentes para mostrar las imágenes destinadas a los ojos izquierdo y derecho. ^[3]

Los filtros dicroicos de paso largo aplicados a la iluminación común pueden evitar que ésta atraiga a los insectos. En algunos casos, estos filtros pueden evitar la atracción de otros animales salvajes, lo que reduce el impacto ambiental adverso. ^[4]

Los filtros dicroicos tienen una vida útil mucho más larga que los filtros convencionales; el color es intrínseco a la construcción de las capas microscópicas duras y no puede "descolorarse" durante la vida útil del filtro (a diferencia, por ejemplo, de los filtros de gel). Se pueden fabricar para que pasen cualquier frecuencia de banda de paso y bloqueen una cantidad seleccionada de las frecuencias de banda de rechazo . Debido a que la luz en la banda de rechazo se refleja en lugar de absorberse, hay mucho menos calentamiento del filtro dicroico que con los filtros convencionales. Los dicroicos son capaces de alcanzar umbrales de daño láser extremadamente altos y se utilizan para todos los espejos del láser más potente del mundo, el National Ignition Facility .

• Gel de color
• Espejo dieléctrico
• Filtro (óptico)
• Disco holográfico versátil
• Interferencia de película delgada
• Óptica de película delgada

•  Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C. Administración de Servicios Generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022.
• M. Bass, Manual de óptica (2.ª edición), págs. 42.89-42.90 (1995)

• MacLeod, H. Angus (2010). Filtros ópticos de película delgada (4.ª ed.). Taylor & Francis. ISBN 978-1420073027.
• Moreno, Iván; Araiza, JJ; Avendaño-Alejo, M (2005). "Filtros espaciales de película fina". Letras de Óptica . 30 (8): 914–6. Código Bib : 2005OptL...30..914M. doi :10.1364/OL.30.000914. PMID  15865397.