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 onda fijas se sustituyen por placas de onda de cristal líquido conmutables.
Los filtros LCTF permiten una alta calidad de imagen y una integración relativamente fácil con respecto al diseño del sistema óptico y el control del software. Sin embargo, emiten valores de transmisión 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 utilizando diseños de paso de banda más amplio , ya que un paso de banda más amplio da como resultado que más luz viaje a través del filtro. Algunos LCTF están diseñados para sintonizarse con un número limitado de longitudes de onda fijas, como los colores rojo, verde y azul ( RGB ), mientras que otros se pueden sintonizar en pequeños incrementos en un amplio rango de longitudes de onda, como el espectro visible o infrarrojo cercano desde 400 hasta el límite actual 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, determinada principalmente 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 recientes avances en circuitos de control electrónico miniaturizados han reducido el tamaño requerido para las carcasas de los LCTF sin sacrificar los grandes tamaños de apertura de trabajo. Además, los nuevos materiales han permitido extender el rango de longitud de onda efectiva a 2450 nm. [2]
Los LCTF se utilizan a menudo en sistemas de imágenes multiespectrales o hiperespectrales debido a su alta calidad de imagen y ajuste rápido en un amplio rango espectral. [3] [4] [5] Se pueden utilizar múltiples LCTF en trayectorias de imágenes separadas en diseños ópticos cuando el rango de longitud de onda requerido excede las capacidades de un solo filtro, como en aplicaciones astronómicas. [6]
Los filtros LCTF se han utilizado para la obtención de imágenes aeroespaciales. [5] [7] 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). [8] Los filtros LCTF pueden tener una vida útil prolongada, normalmente de hasta al menos 45 años. Los factores ambientales que pueden provocar la degradación de los filtros son la exposición prolongada a altas temperaturas y humedad, el choque térmico y/o mecánico (la mayoría de los filtros LCTF, pero no todos, utilizan vidrio de ventana estándar como material de base principal) y la exposición prolongada a alta energía fotónica, como la luz ultravioleta , que puede fotoblanquear algunos de los materiales utilizados para construir los filtros.
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 dependen del efecto acústico-óptico de las ondas sonoras para difractar y cambiar la frecuencia de la luz, la calidad de la imagen es comparativamente pobre y los requisitos de diseño óptico son más estrictos. De hecho, los LCTF son capaces de obtener imágenes limitadas por difracción 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 con respecto a la normal. [9] [10]