Кіріспе
Белгілі бір түстерді таңдамалы түрде өткізетін сүзгілер. Оптикалық сүзгі – әртүрлі толқын ұзындығындағы жарықты таңдамалы түрде өткізетін құрылғы, әдетте оптикалық жол бойындағы шыны немесе пластиктан жасалған, олар көлемдік бояумен немесе интерференциялық жабынмен жабдықталған. Сүзгілердің оптикалық қасиеттері олардың жиілік сипаттамасымен толыққанды сипатталады, ол кіретін сигналдың әрбір жиілік компонентінің амплитудасы мен фазасын сүзгі қалай өзгертетінін көрсетеді. Сүзгілер көбінесе екі негізгі санатқа жатады. Ең қарапайымы – сіңіру сүзгісі, содан кейін интерференциялық немесе дихроидты сүзгілер келеді. Көптеген оптикалық сүзгілер оптикалық бейнелеу үшін қолданылады және олардың мөлдір болуы үшін жасалады, ал кейбір жарық көздері үшін пайдаланылатындары жартылай мөлдір болуы мүмкін. Оптикалық сүзгілер белгілі бір толқын ұзындығы диапазонындағы жарықты, яғни түстерді таңдап өткізеді, ал қалғанын сіңіреді. Олар әдетте тек ұзын толқынды (ұзынөткізгіш), тек қысқа толқынды (қысқаөткізгіш) немесе толқын ұзындығының белгілі бір диапазонын (жолақөткізгіш) өткізе алады, ұзын және қысқа толқынды тоқтатады. Өткізу жолағы тар немесе кең болуы мүмкін, ал максималды және минималды өткізу арасындағы ауысу немесе кесу өте тік немесе біртіндеп болуы мүмкін. Күрделі өткізу сипаттамалары бар сүзгілер де бар, мысалы, бір емес, екі шыңы бар; мұндайлар көбінесе фотосуретке арналған ескі конструкциялар болып табылады, ал тұрақты сипаттамалары бар сүзгілер ғылыми және техникалық жұмыстарда қолданылады. Оптикалық сүзгілер көбінесе фотографияда (кейде сіңіру сүзгілерімен қатар арнайы эффект сүзгілері де қолданылады), көптеген оптикалық құралдарда және сахналық жарықтың түсін өзгерту үшін қолданылады. Астрономияда оптикалық сүзгілер қызығушылық тудыратын спектрлік диапазондағы жарықты шектеу үшін қолданылады, мысалы, көрінетін жарықтан бұзылмай инфрақызыл сәулеленуді зерттеу үшін, себебі көрінетін жарық пленкаға немесе сенсорларға әсер етіп, қажетті инфрақызыл сигналды жасырады. Оптикалық сүзгілер флуоресценциялық микроскопия және флуоресценциялық спектроскопия сияқты флуоресценциялық қолданыстарда да маңызды рөл атқарады. Фотографиялық сүзгілер – оптикалық сүзгілердің ерекше түрі және осы мәтіннің көп бөлігі оларға да қатысты. Фотографиялық сүзгілер ғылыми жұмыстарға арналған сүзгілерге қарағанда оптикалық қасиеттерінің дәлдігі мен беріліс қисықтарының нақтылығы талап етілмейді және олар зертханалық сүзгілерге қарағанда көбірек сатылады, сондықтан бағасы арзан. Кейбір фотографиялық эффект сүзгілері, мысалы, жұлдызды эффект сүзгілері ғылыми жұмыстар үшін маңызды емес.
An optical filter is a device that selectively transmits light of different wavelengths, usually implemented as a glass plane or plastic device in the optical path, which are either dyed in the bulk or have interference coatings. The optical properties of filters are completely described by their frequency response, which specifies how the magnitude and phase of each frequency component of an incoming signal is modified by the filter. Filters mostly belong to one of two categories. The simplest, physically, is the absorptive filter; then there are interference or dichroic filters. Many optical filters are used for optical imaging and are manufactured to be transparent; some used for light sources can be translucent. Optical filters selectively transmit light in a particular range of wavelengths, that is, colours, while absorbing the remainder. They can usually pass long wavelengths only (longpass), short wavelengths only (shortpass), or a band of wavelengths, blocking both longer and shorter wavelengths (bandpass). The passband may be narrower or wider; the transition or cutoff between maximal and minimal transmission can be sharp or gradual. There are filters with more complex transmission characteristic, for example with two peaks rather than a single band; these are more usually older designs traditionally used for photography; filters with more regular characteristics are used for scientific and technical work. Optical filters are commonly used in photography (where some special effect filters are occasionally used as well as absorptive filters), in many optical instruments, and to colour stage lighting. In astronomy optical filters are used to restrict light passed to the spectral band of interest, e. g., to study infrared radiation without visible light which would affect film or sensors and overwhelm the desired infrared. Optical filters are also essential in fluorescence applications such as fluorescence microscopy and fluorescence spectroscopy. Photographic filters are a particular case of optical filters, and much of the material here applies. Photographic filters do not need the accurately controlled optical properties and precisely defined transmission curves of filters designed for scientific work, and sell in larger quantities at correspondingly lower prices than many laboratory filters. Some photographic effect filters, such as star effect filters, are not relevant to scientific work.
Өлшем
Жалпы алғанда, берілген оптикалық сүзгі толқын ұзындығы өзгерер кезде кіріс жарықтың белгілі бір пайызын өткізеді. Бұл спектрофотометрмен өлшенеді. Сызықты материал ретінде, әрбір толқын ұзындығы үшін сіңіру, басқа толқын ұзындықтарының болуына тәуелсіз болады. Өте сирек материалдар сызықты емес, ал өткізгіштік кіріс жарықтың қарқындылығына және толқын ұзындықтарының комбинациясына байланысты. Флуоресцентті материалдар, сіңіру спектрімен оптикалық сүзгі ретінде, сондай-ақ сәуле шығару спектрімен жарық көзі ретінде жұмыс істей алады. Әдетте, өткізілмейтін жарық сіңіріледі; қарқынды жарық үшін бұл сүзгінің айтарлықтай қызуына себеп болуы мүмкін. Дегенмен, оптикалық сіңіру термині, жарықтың әлсіреуін білдіреді, оның әлсіреу механизміне қарамастан. Кейбір сүзгілер, мысалы, айналар, интерференциялық сүзгілер немесе металл торлар, өткізбейтін жарықтың көп бөлігін шағылыстырады немесе себуге (шашыратуға) ұшыратады. Сүзгінің белгілі бір толқын ұзындығындағы (өлшемсіз) оптикалық тығыздығы былай анықталады, мұнда T – сол толқын ұзындығындағы сүзгінің (өлшемсіз) өткізгіштігі.
Абсорбциялық
Оптикалық сүзгілеу алғаш рет сұйықтыққа толы, шыны қабырғалы жасушалармен жасалды; олар әлі күнге дейін арнайы мақсаттарда қолданылады. Қазіргі кезде түстердің ең кең таңдауы түсті фильм сүзгілері ретінде қол жетімді, олар бастапқыда жануарлардың желатинінен жасалған, бірақ қазір көбінесе ацетат, акрил, поликарбонат немесе полиэстер сияқты термопластиктерден, қолданылуына қарай жасалады. Олар 20-шы ғасырдың басында фотосуретке арналған Wratten және театрға арналған түсті гель өндірушілермен стандартталды. Қазір түрлі бейорганикалық немесе органикалық қосылыстар қосылған шыныдан жасалған көптеген сіңіретін сүзгілер бар. Түсті шыны оптикалық сүзгілерді нақты өткізгіштік талаптарына сәйкес жасау қиын болғанымен, олар жасалғаннан кейін берік және тұрақты болады.
Дихроидті сүзгі
Дихроидті сүзгілер (сонымен қатар "шағылыстыратын" немесе "жұқа пленкалы" немесе "интерференциялық" сүзгілер деп те аталады) шыны негізді оптикалық жабындар сериясымен жабу арқылы жасалуы мүмкін. Дихроидті сүзгілер әдетте жарықтың қажетсіз бөлігін шағылыстырады және қалғанын өткізеді. Дихроидті сүзгілер интерференция принципін пайдаланады. Олардың қабаттары қажетті толқын ұзындықтарымен резонансқа түсетін рефлексиялық қуыстардың тізбегін құрайды. Басқа толқын ұзындықтары толқындардың жоталары мен ойыстары үстіне түскенде конструктивті түрде жойылмайды немесе шағылысады. Дихроидті сүзгілер дәл ғылыми жұмыстар үшін өте қолайлы, себебі олардың нақты түс диапазоны жабындардың қалыңдығы мен реттілігі арқылы бақылана алады. Олар сіңіру сүзгілеріне қарағанда әдетте әлдеқайда қымбат және күрделі. Олар жарық сәулесін түрлі түсті компоненттерге бөлу үшін камераның дихроидты призмасы сияқты құрылғыларда қолданылуы мүмкін. Осы типтегі негізгі ғылыми құрал – Фабри-Перо интерферометрі. Ол резонанстық қуысты құру үшін екі айна қолданады және қуыстың резонанстық жиілігінің еселігіне тең толқын ұзындықтарын өткізеді. Эталон – тағы бір нұсқа: мөлдір текшелер немесе талшықтар, олардың жылтыратылған беттері белгілі бір толқын ұзындықтарымен резонансқа түсетіндей етіп жасалған айналар құрайды. Бұлар ұзақ қашықтықтағы оптикалық талшықтарда толқын ұзындығын бөліп мультиплекстеуді қолданатын телекоммуникациялық желілерде арналарды бөлу үшін жиі қолданылады.
Монохроматикалық
Монохроматикалық сүзгілер толқын ұзындықтарының тар диапазонын ғана (дегенде, бір түс) өткізеді.
Инфрақызыл
"Инфрақызыл сүзгі" термині мағынасы шашыранқы болуы мүмкін, себебі ол инфрақызыл сәулені өткізу үшін (басқа толқын ұзындықтарын тоқтату) немесе инфрақызыл сәулені тоқтату үшін (ғана) қолданылатын сүзгілерге қатысты болуы мүмкін. Инфрақызыл сәулені өткізетін сүзгілер көрінетін жарықты тоқтатып, инфрақызыл сәулені өткізеді; мысалы, инфрақызыл фотосуретке түсіруде олар қолданылады. Инфрақызыл сәулені тоқтатуға арналған сүзгілер инфрақызыл толқын ұзындықтарын тоқтатуға немесе кері шағылыстыруға, бірақ көрінетін жарықты өткізуге арналған. Орташа инфрақызыл сүзгілер көбінесе жарқыраған шамдары бар құрылғыларда (мысалы, слайд проекторлары мен үстіңгі проекторларда) инфрақызыл сәулеленуден туындайтын немесе болатын қосымша қызуды болдырмау үшін жылуды сіңіретін сүзгілер ретінде қолданылады. Сонымен қатар, көптеген камера сенсорларының қажетсіз жақын инфрақызыл сәулеге жоғары сезімталдығына байланысты, қатты күйдегі бейнекамераларда инфрақызыл сәулені тоқтатуға арналған сүзгілер де қолданылады.
Ультрафиолет
Ультракүлгін (УК) сүзгілер ультракүлгін сәулеленуді тоқтатады, бірақ көрінетін жарықты өткізеді. Фотопленкалар мен цифрлық сенсорлар ультракүлгінге сезімтал болғандықтан (ол аспан жарығында көп кездеседі), бірақ адам көзі сезімтал емес, сондықтан бұл жарық сүзгіленбесе, фотосуреттер адамдарға көрінетін көріністен өзгеше болар еді, мысалы, алыстағы таулардың суреттері жасанды түрде тұманды болып көрінуі мүмкін. Ультракүлгін сәулеленуді тоқтататын сүзгілер суреттерді көріністің нақты түріне жақындатады. Инфрақызыл сүзгілер сияқты, УК сүзгілеу және УК өткізу сүзгілері арасында шатасу мүмкін; соңғылары сирек кездеседі және көбінесе УК өткізу сүзгілері және УК жолақты сүзгілер деп аталады.
Бейтарап тығыздық
Бейтарап тығыздықтағы (ND) сүзгілер көрінетін толқын ұзындығының барлық диапазонында тұрақты түрде жарықты әлсіретеді және оның қарқындылығын азайту үшін жарықтың бір бөлігін шағылыстыру немесе сіңіру арқылы қолданылады. Олар сүзгінің оптикалық тығыздығы (OD) арқылы сипатталады, ол өткізу коэффициентінің ондық логарифмінің теріс мәні болып табылады. Олар фотосуреттерді ұзаққа түсіруге ыңғайлы. Мысалы, жарқын жарықта суретке түсірілгенде сарқыраманың бүркелі болып көрінуі – нақты мысал. Басқа жағдайда, фотограф үлкен диафрагманы (көрнекі тереңдікті шектеу үшін) пайдаланғысы келуі мүмкін; ND сүзгісі қою арқылы мұны істеуге мүмкіндік береді. ND сүзгілері шағылыстыратын (онда олар жартылай шағылыстыратын айналар сияқты көрінеді) немесе сіңіретін (сұр немесе қара түсті) болуы мүмкін.
Ұзақ жол
Ұзын толқынды өткізгіш (LP) сүзгі – қысқа толқын ұзындықтарын әлсіретіп, мақсатты спектрдің белсенді диапазонында (күлдіреуік, көрінетін немесе инфрақызыл) ұзын толқын ұзындықтарын өткізетін оптикалық кедергі немесе түсті шыны сүзгі. Өте тік еңіске ие болуы мүмкін (шекаралық сүзгілер деп аталады) ұзын толқынды өткізгіш сүзгілер, ең жоғарғы өткізудің 50 пайызындағы кесілген толқын ұзындығымен сипатталады. Флуоресценциялық микроскопияда ұзын толқынды өткізгіш сүзгілер дихроялық айналарда және кедергі (шығарылымдық) сүзгілерде жиі қолданылады. Ұзын толқынды өткізгіш сүзгілерді сипаттау үшін "қысқа толқынды өткізгіш" деген ескі термин қолданылуы сирек; сүзгілер көбінесе жиілік емес, толқын ұзындығы бойынша сипатталады, ал "қысқа толқынды өткізгіш" термині нақтыланбаса, электрондық сүзгі ретінде түсініледі.
Жарық-жол
Жарық өткізгіш сүзгілер белгілі бір толқын ұзындығы диапазонын ғана өткізеді, ал қалғанын тоқтатады. Мұндай сүзгінің ені, ол өткізетін толқын ұзындығының диапазонымен беріледі және бір Ангстремнен кемден бірнеше жүз нанометрге дейін болуы мүмкін. Мұндай сүзгіні LP және SP сүзгілерін біріктіру арқылы жасауға болады. Жарық өткізгіш сүзгілердің мысалдары – Лио сүзгісі және Фабри-Перо интерферометрі. Бұл екі сүзгінің де орталық толқын ұзындығын пайдаланушының қалауынша өзгертуге болатын реттелетін түрі жасалуы мүмкін. Жарық өткізгіш сүзгілер астрономияда нақты спектральдік сызықтармен байланысты белгілі бір процестерді бақылау үшін жиі қолданылады. Голланд ашық телескопы және шведтік күн телескопы Лио және Фабри-Перо сүзгілері қолданылатын мысалдардың ішінде.
Қысқа жол
Қысқа толқынды өткізгіш (SP) сүзгісі – бұл ұзын толқын ұзындықтарын әлсіретіп, мақсатты спектрдің белсенді диапазонында (әдетте ультракөк және көрінетін аймақта) қысқа толқын ұзындықтарын өткізетін оптикалық интерференциялық немесе түсті шыны сүзгі. Флуоресценциялық микроскопияда қысқа толқынды өткізгіш сүзгілер дихроматикалық айналарда және қоздыру сүзгілерінде жиі қолданылады.
Жетекші режимдегі резонанстық сүзгілер
1990 жылы салыстырмалы түрде жаңа сүзгілер класы енгізілді. Бұл сүзгілер көбінесе шағылыс сүзгілері болып табылады, яғни берілісте ойық сүзгілері ретінде жұмыс істейді. Олардың ең қарапайым құрамында субстрат толқын жетегі және толқын ұзындығынан кіші тор немесе 2D тесіктер тізбегі болады. Мұндай сүзгілер әдетте мөлдір болады, бірақ толқын жетегінің шашыраған толқыны қозғанда, белгілі бір поляризация, бұрыштық бағыттар және толқын ұзындығы диапазоны үшін жоғары шағылыстыру қасиетіне ие болады (эксперименттік мәліметтер бойынша 99% астам нәтижелерге қол жеткізілді). Сүзгілердің параметрлері тордың параметрлерін дұрыс таңдау арқылы реттеледі. Мұндай сүзгілердің артықшылығы – өте тар жолақты сүзгілер үшін қажетті қабаттардың азаюы (дихроидты сүзгілермен салыстырғанда) және бірнеше режим қозғанда спектрлік жолақтың ені мен бұрыштық төзімділіктің өзара байланысын азайту мүмкіндігі.
Металл торлы сүзгілер
Астрономияда субмиллиметрлік және жақын инфрақызыл толқын ұзындықтары үшін қолданылатын сүзгілер – бұл LP, BP және SP сүзгілерін жасау үшін жинақталған металл торлы құрылымдар.
Поляризатор
Оптикалық сүзгінің тағы бір түрі – поляризатор немесе поляризациялық сүзгі, ол жарықтың поляризациясына қарай тоқтатып не өткізеді. Олар көбінесе Polaroid сияқты материалдардан жасалады және күн көзілдіріктері мен фотосуретке қолданылады. Судан және ылғалды жол беттерінен туындайтын шағылыстар ішінара поляризацияланған, ал поляризацияланған күн көзілдіріктері осы шағылысқан жарықтың бір бөлігін тоқтатып, балықшыға су астын жақсырақ көруге, ал жүргізушіге көру мүмкіндігін жақсартады. Көк аспаннан келетін жарық та поляризацияланған, сондықтан түсті фотосуреттерде аспанның түсін күңгірттеу үшін, басқа нысандардың түсін өзгертпей, және түсті де, қара-ақ фотосуреттерде нысандар мен судың жылтыр шағылыстарын басқару үшін реттелетін сүзгілер қолданылады. g. m. r. f-ден (жоғарыда айтылған) әлдеқайда ертерек, бұл алғашқы (және кейбіреулері әлі де) линзаға енгізілген жіңішке торды пайдаланады. Поляризацияланған сүзгілер кейбір стереограммаларды қарау үшін де қолданылады, осылайша әр көз бір көзден ерекше суретті көреді.
Қисықпен дәнекерлеу
Жарық көзі адам көзіне зиян келтіруі мүмкін көрінетін, инфрақызыл және ультракүлгін сәулелер шығарады. Сондықтан, адамның көру қабілетін қорғау үшін дәнекерлеу каскаларындағы оптикалық сүзгілер ANSI Z87:1 (қауіпсіздік көзілдіріктерінің техникалық талаптары) стандартына сай болуы тиіс. Мұндай сүзгіні қамтамасыз ететін мысалдарға шыныға енгізілген немесе жабылған жер элементтері жатады, бірақ іс жүзінде толықтай сүзгілеу мүмкін емес. Толық сүзгі нақты толқын ұзындықтарын жойып, жұмысшының өзі жұмыс істеп жатқан нәрсені көруі үшін жеткілікті жарық қалдыруы керек.
Қиыршық сүзгі
Қиыршық сүзгі – қалыңдығы үздіріссіз немесе қиыршық пішінде сатылап өзгеріп отыратын оптикалық сүзгі. Бұл сүзгі сәулелену шоғының қарқындылық таралуын өзгерту үшін қолданылады. Ол сызықтық өзгеретін сүзгі (LVF) деп те аталады. Толқын ұзындығы бойынша ажырату қажет болатын түрлі оптикалық сенсорларда, мысалы гиперспектральды сенсорларда қолданылады.