Filter : 필터
광학 분야에서 필터(filter)는 빛의 특정 분광 특성을 선택하거나 제거하기 위해 사용되는 광학 부품입니다. 이러한 필터는 특정 파장의 빛만을 검출기로 전달하고, 그 외의 파장은 차단해야 하는 응용 분야에서 매우 중요합니다.
광학 필터는 일반적으로 원하는 파장 범위에서 높은 투과율을 갖는 기판(substrate) 위에 제작됩니다. 필터가 재료의 고유한 특성을 이용해 빛을 선택하는 경우, 이를 흡수 필터(absorption filter)라고 합니다. 재료의 두께를 조절함으로써 빛의 특성이 점진적으로 변화하며, 이를 통해 원하는 분광 특성을 얻고 특정 파장 대역을 정의할 수 있습니다.
반면, 유전체 필터, 박막 필터 또는 간섭 필터는 반사형 필터로 작동합니다. 이들 필터는 빛을 흡수하지 않고, 반사 또는 투과를 통해 빛을 선택합니다. 일반적으로 굴절률을 가진 유전체 재료의 다수의 얇은 층으로 구성되며, 진공 증착 공정을 통해 기판 위에 형성됩니다. 간섭 효과를 이용해 특정 파장의 투과를 선택적으로 강화합니다. 이러한 필터는 원하는 파장 대역을 정확히 제한하는 동시에, 대기 흡수로 인한 영향을 방지해야 하며, 이는 온도 측정 정확도에 직접적인 영향을 미칩니다. 이러한 이유로 밴드패스 필터(bandpass filter)가 흔히 사용되며, 컷온(cut-on) 및 컷오프(cut-off) 파장을 정의하여 스펙트럼의 양쪽을 효과적으로 제한합니다.
빛이 검출기에 도달하기 전에, 광학 요소의 투과율과 검출기의 분광 감도에 의해 그 방출 스펙트럼은 변화합니다. 온도 측정에서는 이 과정이 주로 흑체 복사에 대한 플랑크(Planck) 방출 스펙트럼의 영향을 받습니다. 이 스펙트럼은 매우 넓은 범위를 가지므로, 일반적으로 검출기의 분광 응답과 대기 창(atmospheric window)에 모두 부합하는 특정 파장 범위를 선택합니다.
실제 응용 분야에서는 측정 대상 물질이 연속적인 흑체 스펙트럼이 아니라 특정 파장에서 피크를 가지는 방출 특성을 보이는 경우가 많으며, 방출 강도는 파장에 따라 크게 달라집니다. 일반적으로 방출 수준이 높은 파장 대역이 측정 장비에 유리한데, 이는 측정을 위한 복사 에너지를 강화해 주기 때문입니다. 이러한 특성을 이해하면 측정에 필요한 스펙트럼으로 파장 대역을 제한할 수 있습니다. 예를 들어, P3 장비는 특정 파장에서 플라스틱 재료의 온도를 측정합니다. 플라스틱 필름의 온도를 표준적인 광대역으로 측정하는 것은 오해를 불러일으킬 수 있지만, 폴리에틸렌의 경우 3.43 µm 파장에서 측정하는 것은 효과적입니다.
In the field of optics, a filter is an optical component used to either select or eliminate specific spectral properties of light. These filters are crucial for applications that require the transmission of a particular wavelength to a detector, while other wavelengths are rejected.
Optical filters are usually constructed on a substrate that allows significant transmission for the desired wavelength range. When a filter relies on the material’s properties to select light, it is known as an absorption filter. By adjusting the material’s thickness, the filter gradually alters the light to achieve the desired spectral characteristics and define a specific waveband.
In contrast, dielectric, thin-film, or interference filters function as reflecting filters. These filters do not absorb light; rather, they select light through reflection or transmission. They are composed of multiple thin layers of refractive dielectric material, typically applied to the substrate through vacuum deposition. Interference effects help favor the transmission of specific wavelengths. These filters must confine the waveband to the desired range while preventing atmospheric absorption, which can affect temperature measurement accuracy. As a result, bandpass filters are commonly used to determine cut-on and cut-off wavelengths, effectively limiting the light spectrum on both sides.
Before light reaches the detector, its emission spectrum is altered due to the transmittance of the optical elements and the spectral sensitivity of the detector. In temperature measurement, this process is primarily influenced by the Planck emission spectrum for blackbody radiation. Given the wide range of this spectrum, it is typical to choose a specific range that aligns with both the detector’s spectral response and an atmospheric window.
In practical applications, the material being measured often emits peaks rather than a continuous blackbody spectrum, with emission varying significantly with wavelength. A high emission level is often preferred, as it enhances the radiation for the measurement device. By understanding this, we can limit the waveband to the relevant spectrum. For instance, the P3 device measures the temperature of plastic materials at a specific wavelength. While using a standard wide band for measuring temperature in plastic foils can be misleading, measuring at 3.43 µm for Polyethylene is effective.visi