Infrared Windows and Infrared Filter (IR filter) : 적외선 윈도우 및 적외선 필터 (IR filter)
광학에서 IR 필터는 빛의 특정 스펙트럼 특성을 선택하거나 제거하는 데 사용되는 광학 요소입니다. 이러한 필터는 분석기로 정확한 파장을 통과시키고 다른 파장은 차단해야 하는 응용 분야에서 매우 중요합니다. IR 필터는 단순히 IR 필터라고도 불립니다.
IR 필터는 일반적으로 원하는 파장 범위에 대해 상당한 투과율을 가지는 기판을 기반으로 합니다. 물질의 특성이 빛의 선택을 담당하는 경우, 해당 IR 필터는 흡수 필터라고 합니다. 재료의 두께를 조절함으로써 빛을 점진적으로 여과하여 원하는 스펙트럼 특성을 얻고 합리적인 파대(웨이브밴드)를 정의할 수 있습니다.
반면에 유전체, 박막 또는 간섭형 IR 필터는 반사 필터로 동작합니다. 이러한 필터는 빛을 흡수하지 않고 반사 또는 투과를 통해 빛을 선택합니다. 이들은 일반적으로 기판에 진공 증착으로 적용된 여러 얇은 굴절율을 가진 유전체 층으로 구성됩니다. 간섭 효과는 특정 파장의 투과를 유리하게 합니다. 이러한 IR 필터는 파대를 원하는 범위로 제한하면서 온도 측정 정확도에 영향을 줄 수 있는 대기 흡수를 피해야 합니다. 따라서 밴드패스 IR 필터가 컷온(cut-on) 및 컷오프(cut-off) 파장을 정의하여 양쪽에서 스펙트럼을 효과적으로 제한하는 데 널리 사용됩니다.
빛이 검출기에 도달하기 전에, 광학 요소의 투과율과 검출기의 스펙트럼 감도 때문에 대상의 특성 방출 스펙트럼이 변형됩니다. 온도 측정에서는 이 과정이 주로 흑체 복사의 플랑크 방출 스펙트럼에 의해 좌우됩니다. 이 스펙트럼은 매우 넓기 때문에 검출기의 스펙트럼 응답과 대기 창(atmospheric window)에 모두 맞는 특정 범위를 선택하는 것이 일반적입니다.
실제 응용에서는 대상 물질이 연속적인 흑체 스펙트럼보다는 파장에 따라 크게 변하는 피크를 방출하는 경우가 많습니다. 높은 방출률(emission grade)이 선호되는 경우가 많은데, 이는 측정 장치에 대해 높은 복사량을 제공하기 때문입니다. 이를 이해하면 관련 스펙트럼으로 파대를 제한할 수 있습니다. 예를 들어, 플라스틱 재료의 온도를 특정 파장에서 측정하는 것이 더 효과적일 수 있습니다. 플라스틱 필름의 온도 측정에 표준적인 광대역을 사용하는 것은 오해를 불러일으킬 수 있지만, 폴리에틸렌의 경우 3.43 µm에서 측정하는 것이 효과적입니다.
In optics, an IR filter is an optical element used to either select or eliminate specific spectral properties of light. These filters are crucial in applications that require the transmittance of a precise wavelength to an analyzer, while other wavelengths are filtered out. IR filters can also be referred to simply as IR filters.
IR filters are typically based on a substrate that has significant transmittance for the desired wavelength range. When the material’s properties are responsible for light selection, the IR filter is known as an absorption filter. By adjusting the material’s thickness, the light can be gradually filtered to achieve the desired spectral characteristics and define a reasonable waveband.
On the other hand, dielectric, thin-film, or interference IR filters function as reflecting filters. These filters do not absorb light; instead, they select light through reflection or transmission. They consist of several thin layers of refractive dielectric material, typically applied to the substrate via vacuum deposition. Interference effects favor the transmission of specific wavelengths. These IR filters must confine the waveband to the desired range while avoiding atmospheric absorption, which can affect temperature measurement accuracy. Therefore, bandpass IR filters are widely used to define cut-on and cut-off wavelengths, effectively limiting the light spectrum on both sides.
Before the light reaches the detector, its characteristic emission spectrum is modified 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 broad range of this spectrum, it is common to select a specific range that aligns with both the detector’s spectral response and an atmospheric window.
In practical applications, the target material often emits peaks rather than a continuous blackbody spectrum, with emission varying significantly with wavelength. A high emission grade is often preferred, as it leads to a high level of radiation for the measurement device. By understanding this, we can limit the waveband to the relevant spectrum. For example, measuring the temperature of plastic materials at a specific wavelength can be more effective. While using a standard wide band for measuring temperature in plastic foils can be misleading, measuring at 3.43 µm for Polyethylene is effective.