간섭 필터

섬네일|레이저 실험용 대역 통과 간섭 필터
섬네일|right|300px|이색 필터
간섭 필터(), 이색 필터() 또는 박막 필터()는 일부 파장 (색상)의 빛을 반사하고 다른 빛은 투과시키며, 모든 관심 파장에 대해 거의 흡수가 없는 광학 필터이다. 간섭 필터는 고역 통과 필터, 저역 통과 필터, 대역 통과 필터 또는 대역 저지 필터일 수 있다. 이 필터는 과학 분야뿐만 아니라 건축 및 무대 조명에도 사용된다.

간섭 필터는 서로 다른 굴절률을 가진 유전체 물질의 여러 얇은 층으로 구성된다. 금속 층이 있을 수도 있다. 간섭 필터는 박막 경계면에서 입사파와 반사파 사이에 발생하는 간섭 효과로 인해 파장 선택적이다. 작동 원리는 파브리-페로 에탈론과 유사하다.

이색 거울과 이색 반사경은 동일한 유형의 장치이지만, 통과시키는 색상보다는 반사하는 빛의 색상으로 특징지어진다. 유전체 거울은 동일한 원리로 작동하지만 반사에만 초점을 맞춘다.

 이론 
이색 필터는 박막 간섭 원리를 사용하며, 물 위에 떠 있는 기름 막과 같은 방식으로 색상을 생성한다. 빛이 기름 막에 비스듬히 부딪히면 빛의 일부는 기름의 윗면에서 반사되고, 일부는 물과 접촉하는 아랫면에서 반사된다. 아래에서 반사되는 빛은 약간 더 긴 경로를 이동하므로 일부 빛 파장은 이러한 지연에 의해 강화되고, 다른 파장은 상쇄되는 경향이 있어 보이는 색상을 생성한다. 필터에 의해 투과되는 색상은 입사각이 증가함에 따라 청색 편이를 나타낸다. 유전체 거울을 참조하라.

이색 거울이나 필터에서는 기름 막을 사용하여 간섭을 생성하는 대신, 유리 기판 위에 서로 다른 굴절률을 가진 광학 코팅의 교대 층을 쌓아 올린다. 서로 다른 굴절률을 가진 층 사이의 계면은 위상 반사를 생성하여 특정 파장의 빛을 선택적으로 강화하고 다른 파장과 간섭한다. 층은 일반적으로 진공 증착으로 추가된다. 층의 두께와 수를 제어함으로써 필터의 통과 대역 진동수를 조절하고 원하는 만큼 넓거나 좁게 만들 수 있다. 원치 않는 파장이 흡수되기보다는 반사되기 때문에 이색 필터는 작동 중 이 원치 않는 에너지를 흡수하지 않으므로 기존 필터(통과 대역 내의 모든 에너지 흡수를 시도함)만큼 뜨거워지지 않는다. (효과에 대한 수학적 설명은 파브리-페로 간섭계를 참조하라.)

백색광이 의도적으로 다양한 색상 대역으로 분리되는 경우(예: 컬러 영상 프로젝터 또는 컬러 텔레비전 카메라 내부), 유사한 이색 프리즘이 대신 사용된다. 그러나 카메라의 경우 이제 단일 CCD 배열에서 개별 픽셀을 필터링하기 위해 흡수 필터 배열을 사용하는 것이 더 일반적이다.

 응용 분야 
이색 필터는 백색 광원에서 나오는 빛을 걸러내어 인간이 고도로 인지하는 채도 높은 색상의 빛을 생성할 수 있다. 이러한 필터는 건축 및 무대 조명 응용 분야에서 인기가 있다.

섬네일|right|IEC 60598 No Cool Beam 기호
콜드 미러로 알려진 이색 반사경은 광원 뒤에 흔히 사용되어 가시광선을 앞으로 반사하는 동시에 보이지 않는 적외선이 조명 기구의 후면으로 통과하도록 한다. 이러한 배열은 조명되는 물체의 가열을 줄이면서 강렬한 조명을 가능하게 한다. 많은 석영 할로겐 램프에는 이러한 목적으로 통합된 이색 반사경이 있으며, 원래 슬라이드 용해를 방지하기 위해 슬라이드 프로젝터에 사용하도록 설계되었지만, 현재는 가정 및 상업용 내부 조명에 널리 사용된다. 이는 과도한 적색을 제거하여 백색도를 향상시키지만, 매입형 또는 밀폐형 조명기구에 사용하면 적외선 복사가 해당 조명기구로 유입되어 심각한 화재 위험을 초래한다. 이러한 응용 분야에는 비냉각 빔(ALU 또는 은 후면) 램프를 사용해야 한다. 이색 반사경 조명과 함께 사용하기에 부적합한 매입형 또는 밀폐형 조명기구는 IEC 60598 No Cool Beam 기호로 식별할 수 있다.

형광 현미경에서 이색 필터는 빔 스플리터로 사용되어 여기 주파수의 조명을 샘플로 향하게 한 다음 분석기에서 동일한 여기 주파수를 차단하고 특정 방출 주파수를 통과시킨다.

일부 액정 프로젝터는 프리즘 대신 이색 필터를 사용하여 램프에서 나오는 백색광을 세 가지 색상으로 분할한 다음 세 개의 LCD 장치를 통과시킨다.

섬네일|DLP 프로젝터 컬러 휠의 6분할 이색 필터. 세그먼트는 빨강, 초록, 파랑을 투과하며, 따라서 시안, 마젠타, 노랑을 반사한다.
구형 DLP 프로젝터는 일반적으로 백색 광원을 컬러 휠을 통해 투과시키는데, 이 컬러 휠은 이색 필터를 사용하여 (단색) 디지털 마이크로미러 장치를 통해 전송되는 색상을 빠르게 전환한다. 최신 프로젝터는 레이저 또는 LED 광원을 사용하여 원하는 빛 파장을 직접 방출할 수 있다.

이 필터는 레이저 고조파 분리기로 사용된다. 선택적 스펙트럼 반사 및 투과를 통해 주파수 배가 레이저 시스템의 다양한 고조파 구성 요소를 분리한다.

이색 필터는 고출력 조명 제품용 고보를 만드는 데도 사용된다. 최대 4개의 컬러 이색 필터를 겹쳐 그림을 만든다.

사진 확대기 컬러 헤드는 이색 필터를 사용하여 인쇄물의 색상 균형을 조절한다.

예술적인 유리 장신구는 가끔 이색 필터처럼 작동하도록 제작된다. 필터가 선택하는 빛의 파장은 빛의 입사각에 따라 달라지므로, 이러한 장신구는 종종 무지개빛 효과를 나타내어 (예를 들어) 귀걸이가 흔들릴 때 색상이 변한다. 이색 필터의 또 다른 흥미로운 응용 분야는 공간 필터링이다.

인피텍에서 라이선스를 받은 기술을 사용하여 돌비 랩스는 3D 영화 상영을 위해 이색 필터를 사용한다. 돌비 3D 안경의 왼쪽 렌즈는 빨강, 초록, 파랑 주파수의 특정 좁은 대역을 투과시키고, 오른쪽 렌즈는 다른 빨강, 초록, 파랑 주파수 세트를 투과시킨다. 프로젝터는 일치하는 필터를 사용하여 왼쪽 눈과 오른쪽 눈을 위한 이미지를 표시한다.

일반 조명에 적용된 장파 이색 필터는 곤충 유인을 방지할 수 있다. 어떤 경우에는 이러한 필터가 다른 야생 동물의 유인을 방지하여 환경에 미치는 악영향을 줄일 수 있다.

 장점 
이색 필터는 기존 필터보다 훨씬 긴 수명을 가진다. 색상은 단단한 미세 층의 구조에 내재되어 있어 필터의 수명 동안 "퇴색"되지 않는다(예: 젤 필터와는 다름). 이 필터는 어떤 통과 대역 주파수도 통과시키고 선택된 양의 저지 대역 주파수를 차단하도록 제작될 수 있다. 저지 대역의 빛은 흡수되기보다는 반사되므로 기존 필터보다 이색 필터의 발열이 훨씬 적다. 이색 필터는 극도로 높은 레이저 손상 문턱값을 달성할 수 있으며, 세계에서 가장 강력한 레이저인 국립점화시설의 모든 거울에 사용된다.

 같이 보기 
 컬러 젤
 유전체 거울
 필터 (광학)
 홀로그래피 디스크
 박막 간섭
 박막 광학

 각주 

 추가 자료 

M. Bass, Handbook of Optics (2nd ed.) pp. 42.89-42.90 (1995)

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분류:광학 필터