Filter

In der Optik ist ein Filter ein optisches Bauelement, das dazu dient, bestimmte spektrale Eigenschaften des Lichts auszuwählen oder zu unterdrücken. Solche Filter sind entscheidend für Anwendungen, bei denen eine bestimmte Wellenlänge zu einem Detektor gelangen soll, während andere Wellenlängen ausgeblendet werden.

Optische Filter werden in der Regel auf einem Substrat aufgebaut, das für den gewünschten Wellenlängenbereich eine hohe Transmission aufweist. Wenn die Auswahl des Lichts durch die Materialeigenschaften selbst erfolgt, spricht man von einem Absorptionsfilter. Durch Variation der Materialdicke kann das Licht schrittweise gefiltert werden, um die gewünschten spektralen Eigenschaften zu erreichen und ein bestimmtes Wellenband zu definieren.

Im Gegensatz dazu arbeiten dielektrische, Dünnschicht- oder Interferenzfilter als reflektierende Filter. Diese absorbieren das Licht nicht, sondern wählen es durch Reflexion oder Transmission aus. Sie bestehen aus mehreren dünnen Schichten eines dielektrischen Materials mit unterschiedlichem Brechungsindex, die meist im Vakuum auf das Substrat aufgebracht werden. Interferenzeffekte fördern die Transmission bestimmter Wellenlängen. Solche Filter müssen das Wellenband auf den gewünschten Bereich begrenzen und gleichzeitig atmosphärische Absorption vermeiden, da diese die Genauigkeit der Temperaturmessung beeinträchtigen kann. Daher werden häufig Bandpassfilter verwendet, die die unteren und oberen Grenzwellenlängen festlegen und so das Lichtspektrum auf beiden Seiten wirksam begrenzen.

Bevor das Licht den Detektor erreicht, wird sein Emissionsspektrum durch die Transmissions­eigenschaften der optischen Komponenten und die spektrale Empfindlichkeit des Detektors verändert. In der Temperaturmessung wird dieser Prozess hauptsächlich durch das Plancksche Strahlungsspektrum eines schwarzen Körpers bestimmt. Aufgrund der großen Bandbreite dieses Spektrums wird in der Regel ein Bereich gewählt, der sowohl zur spektralen Empfindlichkeit des Detektors als auch zu einem atmosphärischen Fenster passt.

In der Praxis emittieren viele Materialien keine kontinuierliche Schwarzkörperstrahlung, sondern zeigen spektrale Emissionsmaxima, deren Intensität stark von der Wellenlänge abhängt. Ein hoher Emissionsgrad ist hierbei vorteilhaft, da er eine stärkere Strahlungsintensität für das Messgerät liefert. Durch die Kenntnis dieser Zusammenhänge kann das Wellenband gezielt auf den relevanten Spektralbereich begrenzt werden. So misst beispielsweise das P3-Gerät die Temperatur von Kunststoffmaterialien bei einer bestimmten Wellenlänge. Während eine breitbandige Messung bei Kunststofffolien zu ungenauen Ergebnissen führen kann, ist eine Messung bei 3,43 µm, etwa bei Polyethylen, besonders effektiv.