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Filtro sintonizable de cristal líquido

LCTF de alrededor de 2014 con circuitos integrados para control y alimentación (izquierda), o un modelo más antiguo con una caja de controlador electrónico separada y un cable grueso y blindado (derecha).

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.

Sistemas ópticos

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]

Imágenes

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.

Filtro acústico-óptico sintonizable

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]

Véase también

Referencias

  1. ^ Beeckman, J; Neyts, K y Vanbrabant, P (2011). "Aplicaciones fotónicas de cristal líquido". Ingeniería óptica . 50 (81202): 081202–081202–17. Código Bibliográfico :2011OptEn..50h1202B. doi :10.1117/1.3565046. hdl : 1854/LU-1265564 .
  2. ^ "Filtros de paso de banda ajustables de cristal líquido". www.thorlabs.com . Consultado el 1 de abril de 2022 .
  3. ^ Peng, Yankun y Lu, Renfu. "Un sistema de imágenes multiespectrales basado en LCTF para la estimación de la firmeza de la fruta de 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 .
  4. ^ Morris, H; Hoyt, C y Treado, P (1994). "Espectrómetros de imágenes para fluorescencia y microscopía Raman: filtros acústico-ópticos y de cristal líquido sintonizables". Applied Spectroscopy . 48 (7): 857. Bibcode :1994ApSpe..48..857M. doi :10.1366/0003702944029820. S2CID  93578607 . Consultado el 6 de julio de 2010 .
  5. ^ ab Yasuhiro, Shoji; Takashi, Yoshikawa; Yuji, Sakamoto; Yukihiro, Takahashi y Kazuya, Yoshida (2009). "Desarrollo de un generador de imágenes multiespectral para el cohete sonda S-520". Transactions of Space Technology Japan . 7 : Tn_7–Tn_12. Bibcode :2009TrSpT...7..Tn7S. doi : 10.2322/tstj.7.Tn_7 . Consultado el 6 de julio de 2010 .[ enlace muerto ]
  6. ^ Jerkatis, Kanneth (2006). "El sistema de imágenes espectrales AEOS" (PDF) . Conferencia sobre tecnologías de vigilancia espacial y óptica avanzadas de Maui : E21. Código bibliográfico :2006amos.confE..21J . Consultado el 30 de mayo de 2013 .
  7. ^ Michael P. Doherty; Susan M. Motil; John H. Snead y Diane C. Malarik. "Experimentos de física de fluidos basados ​​en microscopio en la instalación de fluidos y combustión de la Estación Espacial Internacional" (PDF) . NASA/TM—2000-210248. Archivado desde el original (PDF) el 14 de octubre de 2006 . Consultado el 6 de julio de 2010 .
  8. ^ Richard M. Levenson; David T. Lynch; Hisataka Kobayashi; Joseph M. Backer; Marina V. Backer. "Multiplexación con imágenes multiespectrales: de ratones a la microscopía" (PDF) . Revista ILAR parcialmente financiada por una subvención de investigación en bioingeniería (1RO1 CA108468-01) y por el mecanismo SBIR (1R44 CA88684), ambos a través de los Institutos Nacionales de Salud. Archivado desde el original (PDF) el 18 de julio de 2011. Consultado el 6 de julio de 2010 .
  9. ^ Dimitra N. Stratis; Kristine L. Eland; J. Chance Carter; Samuel J. Tomlinson y S. Michael Angel (2001). "Comparación de filtros acústico-ópticos y sintonizables de cristal líquido para espectroscopia de ruptura inducida por láser". Applied Spectroscopy . 55 (8): 999. Bibcode :2001ApSpe..55..999S. doi :10.1366/0003702011953144. S2CID  56118629 . Consultado el 6 de julio de 2010 .
  10. ^ Gebhart, Steven C.; Stokes, David L.; Vo-Dinh, Tuan; Mahadevan-Jansen, Anita (2005). Bearman, Gregory H; Mahadevan-Jansen, Anita; Levenson, Richard M (eds.). "Consideraciones de instrumentación en imágenes espectrales para la demarcación de tejidos: comparación de tres métodos de resolución espectral". Actas de SPIE . Imágenes espectrales: instrumentación, aplicaciones y análisis III. 5694 : 41. Bibcode :2005SPIE.5694...41G. doi :10.1117/12.611351. S2CID  120372420.