Filtro de interferencia

Un filtro de interferencia , filtro dicroico o filtro de película delgada es un filtro óptico que refleja ciertas longitudes de onda (colores) de la luz y transmite otras, con una absorción prácticamente nula para todas las longitudes de onda de interés. Un filtro de interferencia puede ser de paso alto , paso bajo , paso banda o rechazo de banda. Se utilizan en aplicaciones científicas, así como en iluminación arquitectónica y teatral .

Un filtro de interferencia consta de múltiples capas delgadas de material dieléctrico con diferentes índices de refracción. También puede contener capas metálicas. Los filtros de interferencia son selectivos en longitud de onda gracias a los efectos de interferencia que se producen entre las ondas incidentes y reflejadas en los límites de las capas delgadas. Su principio de funcionamiento es similar al de un etalón Fabry-Perot .

Los espejos dicroicos y los reflectores dicroicos son el mismo tipo de dispositivo, pero se caracterizan por los colores de la luz que reflejan, en lugar de los que dejan pasar. Los espejos dieléctricos funcionan según el mismo principio, pero se centran exclusivamente en la reflexión.

Los filtros dicroicos utilizan el principio de interferencia de película delgada y producen colores de la misma manera que las películas de aceite sobre el agua. Cuando la luz incide sobre una película de aceite en un ángulo determinado, parte de la luz se refleja en la superficie superior del aceite y otra parte en la superficie inferior, donde está en contacto con el agua. Debido a que la luz que se refleja desde abajo recorre una trayectoria ligeramente más larga, algunas longitudes de onda se ven reforzadas por este retardo, mientras que otras tienden a cancelarse, produciendo así los colores que se observan. El color transmitido por el filtro presenta un desplazamiento hacia el azul al aumentar el ángulo de incidencia (véase Espejo dieléctrico ).

En un espejo o filtro dicroico, en lugar de utilizar una película de aceite para producir la interferencia , se depositan capas alternas de recubrimientos ópticos con diferentes índices de refracción sobre un sustrato de vidrio . Las interfaces entre las capas de diferente índice de refracción producen reflexiones de fase, reforzando selectivamente ciertas longitudes de onda de la luz e interfiriendo con otras. Las capas se suelen añadir mediante deposición al vacío . Al controlar el grosor y el número de capas, se puede ajustar la frecuencia de la banda de paso del filtro, haciéndola tan ancha o estrecha como se desee. Dado que las longitudes de onda no deseadas se reflejan en lugar de absorberse, los filtros dicroicos no absorben esta energía no deseada durante su funcionamiento y, por lo tanto, no se calientan tanto como el filtro convencional equivalente (que intenta absorber toda la energía excepto la de la banda de paso). (Véase el interferómetro Fabry-Pérot para una descripción matemática del efecto).

Cuando la luz blanca se separa deliberadamente en distintas bandas de color (por ejemplo, en un proyector de vídeo o una cámara de televisión a color ), se utiliza un prisma dicroico similar . Sin embargo, en las cámaras, actualmente es más común emplear una matriz de filtros de absorción para filtrar los píxeles individuales de un único sensor CCD.

Los filtros dicroicos pueden filtrar la luz de una fuente de luz blanca para producir una luz que los humanos perciben como altamente saturada en color. Estos filtros son populares en aplicaciones arquitectónicas ^{[ 1 ]} y teatrales .

Los reflectores dicroicos, conocidos como espejos fríos, se utilizan comúnmente detrás de una fuente de luz para reflejar la luz visible hacia adelante, permitiendo que la luz infrarroja invisible salga por la parte posterior de la luminaria. Esta disposición permite una iluminación intensa con menor calentamiento del objeto iluminado. Muchas lámparas de cuarzo-halógeno incorporan un reflector dicroico para este fin, diseñado originalmente para proyectores de diapositivas con el fin de evitar que estas se fundieran, pero ahora ampliamente utilizado en iluminación interior doméstica y comercial. Esto mejora la blancura al eliminar el exceso de rojo; sin embargo, supone un grave riesgo de incendio si se utiliza en luminarias empotradas o cerradas , ya que permite el paso de radiación infrarroja a dichas luminarias. Para estas aplicaciones , deben utilizarse lámparas sin haz frío ( ALU o Silverback ). Las luminarias empotradas o cerradas que no son aptas para su uso con reflectores dicroicos se identifican mediante el símbolo IEC 60598 No Cool Beam.

En la microscopía de fluorescencia , los filtros dicroicos se utilizan como divisores de haz para dirigir la iluminación de una frecuencia de excitación hacia la muestra y, posteriormente, hacia un analizador para rechazar esa misma frecuencia de excitación pero dejar pasar una frecuencia de emisión particular.

Algunos proyectores LCD utilizan filtros dicroicos en lugar de prismas para separar la luz blanca de la lámpara en los tres colores antes de hacerla pasar a través de las tres unidades LCD.

Los proyectores DLP más antiguos suelen transmitir una fuente de luz blanca a través de una rueda de color que utiliza filtros dicroicos para cambiar rápidamente los colores enviados a través del dispositivo de micromirrores digitales (monocromático) . Los proyectores más modernos pueden utilizar fuentes de luz láser o LED para emitir directamente las longitudes de onda de luz deseadas.

Se utilizan como separadores de armónicos láser . Separan los distintos componentes armónicos de los sistemas láser de frecuencia duplicada mediante reflexión y transmisión espectral selectiva.

Los filtros dicroicos también se utilizan para crear gobos para productos de iluminación de alta potencia. Las imágenes se crean superponiendo hasta cuatro filtros dicroicos de colores.

Los cabezales de color de las ampliadoras fotográficas utilizan filtros dicroicos para ajustar el balance de color en la impresión.

En ocasiones, las joyas de vidrio artístico se fabrican para que actúen como filtros dicroicos. Debido a que la longitud de onda de la luz seleccionada por el filtro varía con el ángulo de incidencia de la luz, estas joyas suelen tener un efecto iridiscente , cambiando de color a medida que los pendientes (por ejemplo) se mueven. Otra aplicación interesante de los filtros dicroicos es el filtrado espacial . ^{[ 2 ]}

Mediante una técnica con licencia de Infitec , Dolby Labs utiliza filtros dicroicos para la proyección de películas en 3D . La lente izquierda de las gafas Dolby 3D transmite bandas estrechas específicas de frecuencias rojas, verdes y azules, mientras que la lente derecha transmite un conjunto diferente de estas mismas frecuencias. El proyector utiliza filtros coincidentes para mostrar las imágenes destinadas al ojo izquierdo y al derecho. ^{[ 3 ]}

Los filtros dicroicos de paso largo aplicados a la iluminación ordinaria pueden evitar que atraiga insectos. En algunos casos, dichos filtros pueden evitar la atracción de otros animales silvestres, reduciendo así el impacto ambiental adverso. ^{[ 4 ]}

Los filtros dicroicos tienen una vida útil mucho mayor que los filtros convencionales; el color es intrínseco a la construcción de las capas microscópicas duras y no se desvanece con el tiempo (a diferencia, por ejemplo, de los filtros de gel). Se pueden fabricar para que dejen pasar cualquier frecuencia de banda de paso y bloqueen una cantidad seleccionada de frecuencias de banda de rechazo . Debido a que la luz en la banda de rechazo se refleja en lugar de absorberse, el filtro dicroico se calienta mucho menos que con los filtros convencionales. Los filtros dicroicos son capaces de alcanzar umbrales de daño láser extremadamente altos y se utilizan en todos los espejos del láser más potente del mundo, el National Ignition Facility .

• Gel de color
• Espejo dieléctrico
• Filtro (óptica)
• Disco holográfico versátil
• Interferencia de película delgada
• Óptica de película delgada

•  Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C . Administración de Servicios Generales . Archivado del original el 22 de enero de 2022.
• M. Bass, Manual de Óptica (2.ª ed.), págs.  42.89-42.90 (1995)

• MacLeod, H. Angus (2010). Filtros ópticos de película delgada (4.ª  ed.). Taylor & Francis. ISBN 978-1420073027.
• Moreno, Iván; Araiza, JJ; Avendaño-Alejo, M (2005). "Filtros espaciales de película fina". Letras de Óptica . 30 (8): 914– 6. Código Bib : 2005OptL...30..914M . doi : 10.1364/OL.30.000914 . PMID 15865397 .