מסנן התאבכות
מסנן התאבכות, מסנן דיכרואי, או פילטר שכבות דקות הוא מסנן אופטי המחזיר אורכי גל מסוימים (צבעים) ומעביר אחרים ביעילות רבה. הוא מאופיין בבליעה אפסית בתחום אורכי הגל אותם הוא מעביר. מסנן התאבכות עשוי להיות מתוכנן להעביר אורכי גל ארוכים, להעביר אורכי גל קצרים, להעביר פס צר של אורכי גל או לדחות (לעצור) פס ספקטראלי כזה. מסננים אלו משמשים ביישומים מדעיים ותעשייתיים, כמו גם בתאורה אדריכלית ותיאטרלית.
מסנן התאבכות מורכב בדרך כלל ממספר רב של שכבות דקות של חומר דיאלקטרי בעלות מקדמי שבירה שונים. לעיתים משתמשים גם בשכבות מתכתיות כטכנולוגיה משלימה.[1] מסנני התאבכות הם סלקטיביים באורך גל בזכות השפעות ההתאבכות של הגל העובר את השכבות הדקות של הציפוי, בעיקרון פעולה דומה לזה של אינטרפרומטר פברי-פרו.
מראות דיאלקטריות, או מראות דיכרואיות, הן בעלות אותו עקרון פעולה כמו מסננים דיכרואים, אך מאופיינות באורכי הגל שהן מחזירות, ולא באלו המועברים.
תאוריה
מסננים דיכרואיים משתמשים בעקרון של התאבכות משכבות דקות, ומייצרים צבעים באותו מנגנון הגורם לשכבה דקה של שמן על מים להראות צבעונית. כאשר האור פוגע בשכבת השמן בזווית, חלק מהאור מוחזר מהמשטח העליון של השמן, וחלק מוחזר מהמשטח התחתון שבו הוא במגע עם המים. מכיוון שהאור המוחזר מלמטה עובר במסלול מעט ארוך יותר, חלק מאורכי הגל מתחזקים על ידי עיכוב זה, בעוד שאחרים נוטים להתבטל, מה שמקנה צבע לאור המוחזר.
כפי ששכבת שמן דקה יוצרת התאבכות, מראה או מסנן דיכרואי מורכב ממספר שכבות דקות בעלות מקדמי שבירה שונים, על מצע זכוכית או פלסטיק. כדי ליצור ציפוי אופטי משתמשים בדרך כלל במספר שכבות: שכבה דקה של חומר אחד שעליה שכבה של חומר אחר ואז שוב החומר הראשון ושוב השני וחוזר חלילה. ההתאבכות בין השכבות בעלות מקדמי השבירה השונים מחזקת באופן סלקטיבי אורכי גל מסוימים ("התאבכות בונה") ומדכאת אורכי גל אחרים ("התאבכות הורסת"). השכבות השונות משוקעות על מצע הזכוכית בדרך כלל באמצעות שיקוע ואקום. על ידי שליטה בעובי ומספר השכבות ניתן לכוון את רוחב פס המעבר של המסנן ולהפוך אותו לרחב או לצר לפי הרצוי. לדוגמה, פילטר בעל 75 שכבות ציפוי יכול לסנן פס צר ביותר של אורכי גל, ברוחב של נונמטרים בודדים.[2]
מכיוון שאורכי גל לא רצויים מוחזרים ולא נבלעים, מסננים דיכרואיים אינם סופגים את האנרגיה הלא רצויה הזו ולכן כמעט אינם מתחממים, שלא כמו מסנני בליעה (הבולעים את כל האנרגיה פרט לזו המצוייה בפס המעבר).
יישומים
כדי להפיק אור הנתפס על ידי העיין האנושית כבעל צבע רווי מאוד, משתמשים לעיתים במסננים דיכרואיים לסינון אור ממקור אור לבן. מסננים כאלה פופולריים ביישומים אדריכליים ותיאטרליים.
מחזירי אור דיכרואיים הידועים כמראות קרות משמשים בדרך כלל מאחורי מקור אור כדי להחזיר אור נראה קדימה תוך מתן אפשרות לאור האינפרא אדום הבלתי נראה לצאת דרך החלק האחורי של המתקן. סידור כזה מאפשר הארה אינטנסיבית עם פחות חימום של האובייקט המואר. למנורות קוורץ הלוגן רבות יש רפלקטור דיכרואי משולב במבנה הנורה, כיוון שהיא תוכננה במקור לשימוש במקרני שקופיות כדי להפחית את החימום ולהימנע מהמסת השקופיות. כיום נעשה בהן שימוש נרחב לתאורת פנים ביתית ומסחרית. השימוש במראה קרה משפר את איכות התאורה והופך אותה ללבנה יותר על ידי הסרת אור אדום עודף. עם זאת, הוא מציב סכנת שריפה חמורה אם נעשה בו שימוש בגופי תאורה שקועים או סגורים כיוון שהוא מעביר קרינת חום אל תוכם. עבור יישומים אלה יש להשתמש בנורות שאינן קרות (ALU או Silverback). ניתן לזהות גופי תאורה שקועים או סגורים שאינם מתאימים לשימוש עם נורות רפלקטור דיכרואיות באמצעות סמל IEC 60598 No Cool Beam המופיע בתמונה.
במיקרוסקופ פלואורסצנטי, מסננים דיכרואיים משמשים כמפצלי אלומה כדי להאיר את הדגימה בתדר העירור ולאחר מכן משמשים באנליזר כדי לדחות את אותו תדר עירור אך להעביר תדר פליטה מסוים.
חלק ממקרני LCD משתמשים במסננים דיכרואיים במקום במנסרות על מנת לפצל את האור הלבן מהמנורה לשלושה צבעים המנותבים לאחר מכן לשלוש יחידות LCD לצורך הקרנה.
מקרני DLP ישנים יותר מעבירים בדרך כלל מקור אור לבן דרך מסנן דיכרואי בצורת עיגול בעל פלחים שעל כל אחד מהם ציפוי אחר כדי להחליף במהירות צבעים, ואלו מוקרנים באמצעות התקן MEMS (שאינו משפיע על הצבע). מקרנים חדשים יותר עשויים להשתמש במקורות אור לייזר או LED כדי לפלוט ישירות את אורכי הגל הרצויים. מסננים דיכרואיים משמשים גם ליצירת גובו (Gobo) עבור מוצרי תאורה בעלי הספק גבוה.
גם מכונת הגדלה (מַגְדֵּל) משתמשת במסננים דיכרואיים כדי להתאים את איזון הצבע בהדפסה.
תכשיטי זכוכית אומנותיים מיוצרים מדי פעם כמסננים דיכרואים. מכיוון שאורך הגל של האור שנבחר על ידי המסנן משתנה עם זווית הפגיעה של האור, לתכשיטים כאלה יש לרוב אפקט ססגוני. אפקט זה בולט בתכשיטים כמו עגילים, שמתנדנדים עם תנועת העונד אותם, לכן משנים את הזווית בה הם נצפים ולכן את הצבע הנתפס.
עם טכניקה ברישיון מ־Infitec, Dolby Labs משתמשת במסננים דיכרואיים להקרנת סרטי תלת מימד. העדשה השמאלית של משקפי Dolby 3D מעבירה פסים צרים של אורכי גל אדומים, ירוקים וכחולים, בעוד העדשה הימנית מעבירה סט שונה של אורכי גל אדומים, ירוקים וכחולים. המקרן משתמש בפילטרים תואמים כדי להציג את התמונות המיועדות לעין שמאל וימין.[3] חילופי הפילטרים מתבצעים פעמים רבות בכל פריים של הסרט.
מסננים דיכרואיים המתוכננים להעביר אורכי גל ארוכים יכולים למנוע מתאורה רגילה למשוך חרקים. במקרים מסוימים, מסננים כאלה יכולים למנוע משיכה של חיות בר אחרות, ולהפחית את ההשפעה הסביבתית השלילית של תאורה מלאכותית.
חסרונות
- רגישות גבוהה לזווית פגיעה: בגלל עקרון הפעולה, הפרש הדרכים האופטיות שחווה הקרן משתנה עם זווית הפגיעה. בדרך כלל (אבל לא תמיד), כשזווית הפגיעה גדלה, המאפיינים הספקטראליים של הפילטר נסחפים לכוון אורכי גל קצרים יותר (הסחה לכחול).[2] בגלל רגישות גבוהה זו יש מגבלות על המיקום בו רצוי להתקין פילטר התאבכות במערכת האופטית (רצוי באזור בו האלומה מקבילה).[1]
- פילטרים אינטרפרומטריים נוטים להשפיע על קיטוב האור, במיוחד בזויות פגיעה גבוהות.[2] לעיתים זו תופעת לואי בלתי רצויה.
- המאפיינים הספקטרליים של הפילטר תלויים (במעט) בטמפרטורה, בגלל התפשטות תרמית שגורמת לעליה בעובי השכבות עם העלייה בטמפרטורה, ובגלל תות מקדם השבירה בטמפרטורה. האפקט הכולל הוא בדרך כלל הסטה קלה של מאפייני הפילטר לכוון אורכי הגל הארוכים יותר, עם עליית הטמפרטורה, דהינו הסטה לאדום.[1]
יתרונות
- אורך חיים: למסננים דיכרואיים יש אורך חיים גדול בהרבה מזה של מסננים רגילים.
- יציבות לאורך זמן וחשיפה לקרינה: הצבע הוא מהותי בבניית השכבות המיקרוסקופיות הדקות והמסנן אינו יכול לשנות את צבעו במהלך השימוש או האחסון, בניגוד למשל למסנני ג'ל.
- גמישות: ניתן לייצר אותם כדי להעביר או לחסום, חלקית או באופן מלא, כל תחום אורכי גל.
- עמידות בצפיפות הספק גבוהה: מכיוון שאור בפס העצירה מוחזר ולא נבלע, המסנן הדיכרואי מתחמם הרבה פחות מאשר מסננים קונבנציונליים. מסננים דיכרואיים מסוגלים לעמוד בעצמות גבוהות במיוחד של קרינת לייזר, ולכן משמשים לציפוי כל המראות בלייזר החזק ביותר בעולם, National Ignition Facility (אנ').
- יכולת לבודד קווים ספקטראליים צרים, ללא אלמנטים שיגרמו נפיצה, כמו מנסרות וסריגים.[1]
- הרגישות הגבוהה לזווית פגיעה יכולה להפוך ליתרון - היא מאפשרת כוונון מדויק של אורך הגל המועבר על ידי הטיית הפילטר.[1]
ראו גם
לקריאה נוספת
- MacLeod, H. Angus (2010). Thin-Film Optical Filters (4th ed.). Taylor & Francis. ISBN 978-1420073027.
- Moreno, Ivan; Araiza, JJ; Avendano-Alejo, M (2005). "Thin-film spatial filters". Optics Letters. 30 (8): 914–6. Bibcode:2005OptL...30..914M. doi:10.1364/OL.30.000914. PMID 15865397.
- סקירה טכנית על מסנני התאבכות, CVI - Melles Griot, באנגלית
הערות שוליים
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 CVI - Melles Griot, Interferance filters, rose-hulman.edu
- ^ 2.0 2.1 2.2 Douglas B. Murphy et al, Interference Filters - Java Tutorial | Olympus LS, www.olympus-lifescience.com
- ^ Stephen Shankland, CNET: Product reviews, advice, how-tos and the latest news, CNET, 9 באוקטובר 2007 (באנגלית)
