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Dies ist ein entscheidender Vorteil, da es die Genauigkeit der gewonnenen Daten und deren Informationsgehalt optimiert. Gerade diese Segmentierung und damit einhergehende Spezialisierung der Laborgeräte birgt hinsichtlich der Kostenstruktur ein entscheidendes Problem. Trotz erwünschter Diversität müssen die verwendeten Bauteile eine bestimmte Flexibilität ermöglichen. Nur so ist es möglich, sowohl technologisch als auch kostenseitig attraktive und innovative Lösungen anzubieten.

Produktbeschreibung
Materion Balzers Optics hat, als weltweiter anerkannter Anbieter von innovativen Beschichtungslösungen, für diesen Markt besondere Lösungen entwickelt. So werden für labortechnische Analysesysteme sogenannte Linear Variable Filter, kurz «LVF», angeboten. Diese Filter weisen dank einer speziellen Beschichtungstechnologie einen genau definierten spektralen Verlauf auf. Linear zur Länge des Filters variiert die Kantenlage des Filterbereiches mit einem auf Kundenwunsch anpassbaren Gradienten (siehe Abb. 2:).

In Abbildung 2 wurde die exakte Position der einzelnen Filterkanten über die Substratlänge bestimmt. Die dargestellten Kurven zeigen die hohe Reproduzierbarkeit der Kantenlage an mehreren Filtern.

Abb. 1: Prognostizierte jährliche Wachstumsrate ausgewählter Segmente

Abb. 2: Reproduzierbarkeit der Kantenlage

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Abb. 3: Darstellung der einzelnen Kantenlagen im spektralen Bereich und deren Transmissionswert

In Abbildung (Abb. 3:) sind dazu die einzelnen Kantenlagen im spektralen Bereich und deren Transmissionswert dargestellt.

LVF besitzen verschiedene Merkmale, die entsprechend der Anwendung kundenspezifisch angepasst und optimiert werden können. Materion Balzers Optics bietet dabei verschiedenste LVF im Spektrum von 300 nm bis ins NIR an. Die frei justierbare Kantenlage des Transmissionsbandes kann variabel an die jeweilige Messaufgabe angepasst werden. Da der Gradient eine sehr hohe Linearität aufweist, kann der Anwender ohne aufwendige Kalibrierung sofort den neuen Messbereich verwenden. Typischerweise liegen die Gradienten für Filtertypen im Life Sciences Bereich zwischen 5 nm/mm bis 10 nm/mm. Diese Werte sind geeignet für Filter mit einem Einsatzgebiet in Diagnostik und Analytik, in technischen Prozessen sowie in der Mikrobiologie. Für Anwendungen im Bereich bildgebender Sensorik werden Gradienten von bis zu 90 nm/mm realisiert.

Die von der Materion Balzers Optics AG gefertigten Filter werden statt konventioneller Beschichtungsverfahren mittels dielektrischer Sputtertechnologie gefertigt. Somit ist eine geringe Absorption ein besonderes Merkmal der Filter. Speziell unter dem Aspekt der zunehmenden Laserleistung in optischen Systemen ist dieser Faktor als Signifikant zu bewerten. Ferner bedeutet der Sputterprozess auch herausragende spektrale Transmissionseigenschaften. (Abb. 4:) So können in Abhängigkeit von der Wellenlänge Transmissionen von bis zu 97% erreicht werden. Zudem weisen mittels Sputtertechnologie hergestellte Filter eine ausgezeichnete Langzeitstabilität auf.

Um speziell im Bereich der Prozessspektroskopie eine erfolgreiche technologische Lösung anzubieten, ist die Steilheit der spektralen Filterkanten wesentlich. Diese garantieren eine präzise Trennung der optischen Signale. Von Materion Balzers Optics produzierte Filter erreichen dabei eine Kantensteilheit von wenigen Nanometern im Bereich von T90% bis T0.1%. Im weiteren spektralen Verlauf steht zudem eine breitbandige optische Blockung zur Verfügung.

Diese garantiert eine sichere Unterdrückung unerwünschter Signale und verbessert das Signal- Rauschverhalten. Die in Abb.5: gezeigte Messkurve der resultierenden Blockung des Gesamtsignals zeigt die absolute Blockung bis OD 4. Im Average erreicht die Filterkombination sogar die Blockung von OD 5.

Erreicht werden diese Werte, da im Sputterprozess mittels reaktiver Gaszufuhr ein hochenergetisches Plasma entsteht. Die hohe Energie ermöglicht die Entstehung einer homogenen und besonders kompakten Schichtstruktur.

Funktionsprinzip
Eine Kombination von nur zwei Linear Variablen Filtern, bestehend aus einem Langpass-Filter (LP) und einem Kurzpass-Filter (SP) erlaubt jederzeit eine individuelle Anpassung der gewünschten Performance.

Ein simples Verschieben der Filter in einer Achse, dargestellt in Abbildung 6, ermöglicht die Realisierung eines beliebigen Bandpassfilters im Spektralbereich der Filter. Werden beide Filter unabhängig voneinander in einer Achse bewegt, können sowohl die Bandbreite als auch die spektrale Lage des resultierenden Bandpasses applikationsspezifisch justiert und jederzeit variiert werden.

Das detaillierte Funktionsprinzip für beide Bandpassvarianten ist in Abbildung 7 (Bandpass-Verschiebung) anhand der Produktionsmesskurven einer Filterkombination für 450–700 nm dargestellt.

Abb. 6: LVF basierend auf Kombination LP-Filter und SP-Filter

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Beide Filter werden zur gedachten Signalquelle (x=0) parallel um 6.5 mm verschoben. Der gesamte Bandpassbereich, mit einer Transmission >95%, wird dadurch um ca. 30 nm (siehe: LCW550 nm +6.5 mm) ins langwellige verschoben. Durch eine weiter parallele Verschiebung auf x=13 mm wird auch der Bandbereich erneut um 30 nm ins Langwellige verschoben (siehe: CW580 nm +13 mm). Erfolgt die Verschiebung beider Filter nicht linear zueinander, so kann die Bandbreite des Passbereiches, wie im Beispiel CW580 nm «LP x= +13 mm; SP x= +26 mm» dargestellt, anwendungsspezifisch und variabel justiert werden.

Die Kombination von nur zwei Filtern, zu einem beliebig justierbaren und durchstimmbaren Bandpassfilter stellt eine kostengünstige Alternative zum Kauf einer Vielzahl von Einzelfiltern dar. Insbesondere für diagnostische Systeme, die ein besonderes Mass an Flexibilität benötigen erscheinen LVF daher als Mittel der Wahl.

Abb. 7: Positionierung der Bandpassfilter zur Erzeugung verschiedener Zentralwellenlängen