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Future of Optical Filters

광원, 디지털 센서, 그리고 코팅 챔버 기술이 나날이 향상됨에 따라 광학 필터 역시 자연스레 진화하고 계속해서 발전해 나아갑니다. 광학 필터의 경우 오토메이션, 에너지, 의료 이미징, 보안 및 다중 요소 광학 시스템과 같이 가장 요건이 까다로운 어플리케션 일부에 있어서 매우 중요한 역할을 하는 부품입니다.

이러한 광학적 진보에는 flexible thin film polymer와 IR grade material (예: 실리콘, 게르마늄)과 같은 신규 기반의 개발이나 UV와 IR 스펙트럼에서 높은 투과율과 차단율을 갖는 필터를 만들어낼 수 있는 새로운 화학품 및 혼합물의 개발이 요구됩니다. 코팅 챔버 기술의 발전은 결과적으로 1nm 미만의 밴드폭과 1% 미만의 허용 오차를 갖는 고정밀 필터 생산을 이끌어 냈으며, 실제 최고의 line spectrophotometer가 가지고 있는 한계까지 도달하였습니다. 각각의 발전을 토대로 허용오차와 제품 사양이 훨씬 더 최적화되었기에, 표면 품질, 표면 평탄도, 평행성 및 투과 웨이브 프런트가 향상된 정밀 기반(substrate)을 더욱더 제대로 표현할 수 있게 되었습니다.

신소재, 서브나노미터의 제품 사양, deep UV - far IR의 스펙트럼 적용 범위, 그리고 다방면으로 개선된 허용오차를 통해 대부분의 고객과 정밀 어플리케이션에 필요한 옵틱 및 포토닉스도 꾸준한 발전을 이룰 것입니다.

Ultra-Narrow Designs

극히 좁은 대역폭의 디자인

지난 수년간 laser line filter는 1.5 – 2nm 정도의 굉장히 좁은 대역폭을 지녀왔으나, 새로운 코팅과 계측 기술의 발전으로 현재는 가시광 영역에서 1nm 미만의 대역폭을 달성할 수 있게 되었습니다. 이러한 정밀성은 단일 photon, Raman 및 기타 이미징 어플리케이션에 유리하게 작용하여 포착이 어려운 미세한 시그널도 감지할 수 있게 될 것입니다.

그림 1 (좌): 355nm와 533nm Ultra-Narrow Bandpass Filter의 투과율 그래프
Broadening Spectral Range

스펙트럼 영역의 확장

Hard coated filter는 주로 400 – 1800nm의 VIS와 NIR 스펙트럼 영역에서 초점을 맞추는 데 사용됩니다. 최근에는 광학적 진보와 더불어 코팅 및 소재 디자인의 기술적 발전으로 가용 범주가 UV와 IR까지 (최저 250nm부터 최고 7300nm) 확장되었습니다.

그림 2 (좌): 7.30µm, 25mm Diameter, Infrared Longpass Filter (#68-656)의 투과율 그래프
Broadening Spectral Range

얇고 유연한 소재

Ultra-thin, flexible filter는 독특한 압출성형 가공을 이용해 제작되며, 200µm의 얇은 두께를 갖는 중합 소재 디자인을 특징으로 합니다. 이러한 필터는 유연성을 띄어 구부리기 쉽고 스크래치가 잘 발생하지 않아 복잡한 외관의 크기가 작은 대다수의 광학 시스템과 결합이 가능합니다.

그림 3 (좌): All-Polymer Flexible Filter의 구조

Tighter Tolerances and Specifications

Sputtering platform은 필터에 코팅을 입히는 데 사용되며, 유해 온도, 압력 및 고속으로 돌아다니는 입자들을 수반합니다. 따라서, flat filter의 표면을 본래와 같이 청결하게 유지하는 것이야말로 도전 과제임을 입증합니다. 평행성, 표면의 품질, 투과 웨이브 프런트, 도수(파워) 및 불규칙성과 같은 표면 스펙들은 기존의 magnetron and ion-beam sputtering platform으로는 어려움이 따릅니다. 이러한 기술의 발전은 결과적으로 필터의 표면 허용오차를 더욱 엄격하게 적용할 수 있게 만들어줍니다.

그림 4 (우): 광학 필터 코팅에 사용되는 EO Sputtering Platform
Tighter TOlerances

EO의 차세대 광학 필터

Edmund Optics®에서는 광학 필터 제품의 사양과 허용오차를 지속적으로 향상해 나아가고 있습니다. 아래의 리스트는 최근에 개선된 광학 필터의 역량 중 일부를 보여줍니다.

 

20-10의 Surface Quality

 

λ/10 P-V의 Surface Flatness

 

λ/20 RMS의 Transmitted Wavefront

 

최저 250nm의 UV 파장과 4000nm에 근접한 IR 파장

 

최소 200µm의 필터 두께

그림 5: TECHSPEC® High Performance Fluorescence Dichroic Filter 의 Surface와 Wavefront Map

광학 필터 제품군 둘러보기

TECHSPEC® High Performance Fluorescent Dichroic Filters

TECHSPEC® High Performance OD 4 Longpass Filters

TECHSPEC® High Performance OD 4 Shortpass Filters

TECHSPEC® High Performance OD 4 Shortpass Filters

자주 묻는 질문(FAQ's)

FAQ  Edmund Optics®에서는 얇고 유연한 소재로 제작된 필터를 취급합니까?
네, Edmund Optics®는 매우 얇은 폴리머 레이어로 제작되는 Ultra-Thin Longpass Filters 계열을 취급하고 있습니다. 이러한 필터는 스크래치가 잘 생기지 않으며, 200-500µm의 두께를 지닙니다.
FAQ  Edmund Optics®에서 구매할 수 있는 필터 중에서 지름이 가장 큰 것은 어떠한 제품입니까?

Edmund Optics®에서 생산하는 필터 중에서 지름이 가장 큰 제품은 300mm입니다. Sputtering과 coating이 가지고 있는 한계로 인해 이러한 대형 기반(substrate) 제작 시 주된 관심사는 허용 오차와 균일함입니다.

FAQ  가장 많이 이용되는 필터의 기반(filter substrate)은 무엇입니까?

필터 기반에 일반적으로 사용되는 소재로는 fused silica, N-BK7, float glass가 있습니다. 최근에는 실리콘과 게르마늄과 같은 IR crystalline을 비롯해, 플루오르화물, 그리고 폴리머 및 플라스틱이 트렌디한 소재로 부상하고 있습니다.

FAQ  어플리케이션에 적합한 필터를 어떻게 선정할 수 있나요?

고객의 어플케이션에 어떠한 유형의 필터가 필요한지 결정하는 것이 첫 번째 단계입니다. 기본적인 필터 유형으로는 shortpass, longpass, bandpass, dichroic, notch, neutral density가 있습니다. 각각의 유형마다 서로 다른 어플리케이션에 더 도움이 될만한 독특한 특성을 가지고 있습니다. 필터에 따라서 스펙트럼의 투과 또는 차단 범위가 다르기 때문에 두 번째 단계에서는 원하는 파장대를 선택해야 합니다. 예를 들어, UV Cut-Off (또는 Longpass) filter는 스펙트럼의 VIS와 IR 영역은 둘 다 투과하지만 UV 영역은 차단합니다.

FAQ  광학 필터가 기울어지면(tilting) 어떠한 문제가 발생합니까?
일반적으로 입사각이 증가하게 되면서, 필터의 투과 곡선이 더 낮은 파장대로 이동할 것입니다. 광학 시스템의 중심으로부터 각도가 커지게 되면서 결과적으로 수직선 상의 위치에서부터 광학 시스템까지 필터가 똑같이 기울어지게 될 것입니다. 경사진 각도가 더 커질수록, 투과 곡선은 더 또렷해지기 시작할 것이며, 이로 인해 꾸준히 투과율이 저하되고 투과 곡선의 슬로프가 바뀔 것입니다. 온도가 증가할 때 역시 이와 유사한 결과를 보입니다. 간섭 필터(Interference filter)는 입사각과 온도에 가장 예민한 특성을 띱니다.
FAQ  Edmund Optics®에서는 어떠한 유형의 필터를 제작할 수 있습니까?
Edmund Optics®에서 제작하는 필터의 종류로는 fluorescence, dichroic, narrow bandpass, multi-bandpass, notch, neutral density, shortpass, longpass filter가 있습니다. 당사에서 취급하는 기본 필터로는 요건을 충족할 수 없다면, 맞춤 제작(custom) 솔루션에 대해 문의 주십시오.

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