Qu’est ce qu’un filtre optique ?
Les filtres optiques sont des éléments optiques capables de transmettre sélectivement certaines longueurs d’onde de la lumière incidente.
Les filtres optiques bloquent des longueurs d’onde spécifiques de la lumière en les absorbant ou en les réfléchissant, et il existe différents types de filtres optiques en fonction de leurs performances. Comprendre les principes des filtres optiques et choisir le filtre optique adapté à votre utilisation vous aidera à tirer le meilleur parti de votre utilisation.
Utilisations des filtres optiques
Les filtres optiques sont utilisés pour ajuster le contraste ou pour ne transmettre que des longueurs d’onde spécifiques de la lumière, et sont disponibles dans une variété de types, comme suit
Parmi les exemples familiers, on peut citer les projecteurs et autres équipements de projection, les caméras et autres équipements vidéo, où ils jouent de nombreux rôles tels que le réglage de l’intensité et du contraste de la lumière, l’ajustement des couleurs et le contrôle de la surexposition.
D’autres exemples sont largement utilisés dans les instruments d’arpentage et les équipements optiques, en particulier les microscopes et les appareils de mesure utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs et d’autres équipements de précision.
1. Filtres qui sélectionnent la lumière à des longueurs d’onde spécifiques
Les filtres qui sélectionnent la lumière à des longueurs d’onde spécifiques comprennent les filtres passe-bande et les filtres coupe-bande. Les filtres passe-bande sont des filtres optiques qui peuvent sélectionner et transmettre uniquement la lumière dans une gamme de longueurs d’onde spécifique.
Les filtres à encoche, quant à eux, peuvent bloquer sélectivement la lumière dans une région de longueur d’onde spécifique. Ces deux types de filtres sont souvent utilisés dans le cadre d’expériences avec des lasers. Les filtres Notch sont utiles lorsque l’on souhaite couper la lumière d’un laser à haute intensité et d’une seule longueur d’onde.
2. Filtres permettant de sélectionner des régions de longueur d’onde spécifiques
Les filtres qui sélectionnent une région de longueur d’onde spécifique comprennent les filtres passe-haut et les filtres passe-court. Les filtres passe-long sont des filtres optiques qui bloquent la région de longueur d’onde plus courte qu’une longueur d’onde spécifique et laissent passer la lumière du côté de la plus grande longueur d’onde.
Les filtres passe-courts, quant à eux, bloquent la lumière à des longueurs d’onde supérieures à une longueur d’onde spécifique et laissent passer la lumière à des longueurs d’onde plus courtes. Les filtres passe-haut sont utilisés pour mesurer les spectres d’émission qui apparaissent dans la région des longueurs d’onde supérieures à la longueur d’onde d’excitation.
Ils coupent la lumière provenant de la source lumineuse d’excitation, de sorte que seul le spectre d’émission à mesurer puisse être détecté. En combinant les filtres passe-haut et passe-bas, ils peuvent également être utilisés de la même manière que les filtres passe-bande.
3. Filtres qui sélectionnent la lumière et l’obscurité
Les filtres qui sélectionnent la lumière et l’obscurité comprennent les filtres ND (Neutral Density), qui peuvent ajuster la quantité de lumière en atténuant la quantité de lumière entrante d’un certain pourcentage.
Les filtres optiques sont conçus pour réduire l’intensité de la lumière et sont souvent utilisés en photographie, selon le produit et l’utilisation. Ils présentent approximativement le même taux de réduction de la lumière pour toutes les longueurs d’onde du spectre visible. Par exemple, si vous souhaitez photographier des paysages, en particulier des liquides qui s’écoulent (par exemple des cascades ou des rivières), vous devez augmenter le temps d’obturation pour créer une impression de fluidité.
Cependant, un temps d’obturation plus long peut générer une quantité de lumière plus importante que nécessaire, ce qui peut entraîner un effet de flou sur certaines parties de l’image. Dans ce cas, un filtre ND peut être utilisé pour réduire volontairement la quantité de lumière.
Principe des filtres optiques
Le principe des filtres optiques peut être schématiquement divisé en deux types selon la méthode de filtrage : le type d’absorption et le type dichroïque.
1. Type d’absorption (filtres en verre coloré)
Les filtres absorbants utilisent les propriétés d’absorption de la lumière des substrats en verre pour absorber et bloquer certaines longueurs d’onde de la lumière et ne laisser passer que certaines longueurs d’onde de la lumière.
Également appelés filtres en verre coloré, la longueur d’onde d’absorption peut varier en fonction du matériau, et ils sont principalement utilisés comme filtres à long passage. Par rapport aux filtres dichroïques, ils sont moins chers et ont une plus grande surface, mais ils sont inférieurs en termes de performances telles que la transmittance. De plus, lorsque l’intensité de la lumière incidente est élevée, l’émission du verre peut apparaître en arrière-plan lors de la détection de la lumière transmise.
2. Type dichroïque (filtre dichroïque)
Le type dichroïque est une méthode de filtrage qui réfléchit et bloque la lumière de certaines longueurs d’onde et ne transmet que la lumière de longueurs d’onde spécifiques. Le filtrage est réalisé par la superposition de plusieurs films minces ayant des indices de réfraction différents, en utilisant l’effet d’interférence.
Autres informations sur les filtres optiques
Termes relatifs aux filtres optiques
Les termes suivants sont nécessaires à la compréhension et à la sélection des filtres optiques pour définir leurs performances.
1. Longueur d’onde centrale
La longueur d’onde centrale est utilisée pour définir les caractéristiques d’un filtre passe-bande et se réfère au centre de la bande spectrale par laquelle le filtre transmet.
2. Largeur de bande
La largeur de bande est la largeur du spectre transmis par le filtre passe-bande et est définie par la largeur totale à mi-maximum (FWHM). Il s’agit de la largeur de la longueur d’onde à laquelle le facteur de transmission atteint 50 % lorsque l’on regarde le graphique dans le sens des courtes longueurs d’onde à partir du point de départ du facteur de transmission maximal, et de la largeur de la longueur d’onde à laquelle le facteur de transmission atteint 50 % lorsque l’on regarde le graphique dans le sens des grandes longueurs d’onde.
3. Zone de blocage
Définit la gamme de longueurs d’onde où la lumière est atténuée (bloquée) par le filtre. La capacité de blocage est définie par la densité optique. La densité optique est une expression logarithmique du degré auquel la lumière n’est pas transmise ou réfléchie, le minimum étant 0 (toute la lumière est transmise ou réfléchie) et plus le chiffre est élevé, plus le pouvoir de blocage est important.