Un filtro sintonizable de cristal líquido ( LCTF ) es un filtro óptico que utiliza elementos de cristal líquido (LC) controlados electrónicamente para transmitir una longitud de onda de luz seleccionable y excluir otras. A menudo, el principio de funcionamiento básico se basa en el filtro Lyot, pero se pueden utilizar muchos otros diseños. [1] La principal diferencia con el filtro Lyot original es que las placas de ondas fijas se reemplazan por placas de ondas de cristal líquido conmutables.
Sistemas ópticos
Los LCTF son conocidos por permitir una alta calidad de imagen y permitir una integración relativamente fácil con respecto al diseño del sistema óptico y el control del software, pero tienen valores de transmisión de pico más bajos en comparación con los filtros ópticos de longitud de onda fija convencionales debido al uso de múltiples elementos polarizadores. Esto se puede mitigar en algunos casos mediante el uso de diseños de paso de banda más amplios , ya que un paso de banda más amplio da como resultado más luz que viaja a través del filtro. Algunos LCTFs están diseñados para sintonizar a un número limitado de longitudes de onda fijas, tales como los rojos, verdes, y azules ( RGB colores) mientras que otros se pueden sintonizar en pequeños incrementos en un amplio intervalo de longitudes de onda tal como la visible o del infrarrojo cercano del espectro de 400 hasta el límite de corriente de 2450 nm. La velocidad de sintonización de los LCTF varía según el fabricante y el diseño, pero generalmente es de varias decenas de milisegundos, principalmente determinada por la velocidad de conmutación de los elementos de cristal líquido. Las temperaturas más altas pueden disminuir el tiempo de transición para que las moléculas del material de cristal líquido se alineen y para que el filtro se sintonice con una longitud de onda particular. Las temperaturas más bajas aumentan la viscosidad del material de cristal líquido y aumentan el tiempo de ajuste del filtro de una longitud de onda a otra.
Los avances recientes en los circuitos de controladores electrónicos miniaturizados han reducido el requisito de tamaño de los gabinetes LCTF sin sacrificar los grandes tamaños de apertura de trabajo. Además, los nuevos materiales han permitido ampliar el rango de longitud de onda efectiva a 2450 nm. [ cita requerida ]
Imagen
Los LCTF se utilizan a menudo en sistemas de imágenes multiespectrales o hiperespectrales debido a su alta calidad de imagen y su rápida sintonización en un amplio rango espectral. [2] [3] [4] Se pueden usar múltiples LCTF en trayectos de imágenes separados en diseños ópticos cuando el rango de longitud de onda requerido excede las capacidades de un solo filtro, como en aplicaciones de astronomía. [5]
Los LCTF se han utilizado para imágenes aeroespaciales. [4] [6] Su peso ligero y sus requisitos de baja potencia los convierten en buenos candidatos para aplicaciones de teledetección. Se pueden encontrar integrados en cámaras de imágenes digitales científicas compactas pero de alto rendimiento, así como en instrumentos de grado industrial y militar ( sistemas de imágenes en color multiespectrales y de alta resolución ). [7] Los LCTF pueden tener una vida útil prolongada, generalmente muchos años. Los factores ambientales que pueden causar la degradación de los filtros son la exposición prolongada a altas temperaturas y humedad, golpes térmicos y / o mecánicos (la mayoría, pero no todos, los LCTF utilizan vidrio como material de base principal) y la exposición prolongada a altas energías fotónicas como como luz ultravioleta que puede fotoblanquear algunos de los materiales utilizados para construir los filtros.
Filtro sintonizable acústico óptico
Otro tipo de filtro sintonizable de estado sólido es el filtro sintonizable acústico-óptico (AOTF), basado en los principios del modulador acústico-óptico . En comparación con los LCTF, los AOTF disfrutan de una velocidad de sintonización mucho más rápida (microsegundos frente a milisegundos) y rangos de longitud de onda más amplios. Sin embargo, dado que se basan en el efecto acústico-óptico de las ondas sonoras para difractar y cambiar la frecuencia de la luz, la calidad de la imagen es comparativamente mala y los requisitos de diseño óptico son más estrictos. De hecho, los LCTF son capaces de obtener imágenes de difracción limitada en sensores de imágenes de alta resolución. Los AOTF tienen aperturas más pequeñas y tienen especificaciones de ángulo de aceptación más estrechas en comparación con los LCTF que pueden tener tamaños de apertura de trabajo de hasta 35 mm y pueden colocarse en posiciones donde los rayos de luz viajan a través del filtro en ángulos de más de 7 grados de lo normal. [8] [9]
Ver también
Referencias
- ^ Beeckman, J; Neyts, K y Vanbrabant, P (2011). "Aplicaciones fotónicas de cristal líquido" . Ingeniería óptica . 50 (081202): 081202–081202–17. Código Bibliográfico : 2011OptEn..50h1202B . doi : 10.1117 / 1.3565046 . hdl : 1854 / LU-1265564 .
- ^ Peng, Yankun y Lu, Renfu. "Un sistema de imágenes multiespectrales basado en LCTF para la estimación de la firmeza de la fruta de la manzana: parte II: selección de longitudes de onda óptimas y desarrollo de modelos de predicción" . Departamento de Agricultura de los Estados Unidos . Consultado el 6 de julio de 2010 .
- ^ Morris, H; Hoyt, C y Treado, P (1994). "Espectrómetros de imágenes para microscopía de fluorescencia y Raman: filtros sintonizables de cristal líquido y acústico-ópticos" . Espectroscopia aplicada . 48 (7): 857. Código bibliográfico : 1994ApSpe..48..857M . doi : 10.1366 / 0003702944029820 . Consultado el 6 de julio de 2010 .
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