Ils appartiennent à une famille classique de lunettes optiques conçues pour la transmission IR. Leur fonction principale est de bloquer complètement les ultraviolets (UV) et tout le spectre visible (violet, bleu, vert, jaune, orange, rouge) et de transmettre uniquement la lumière proche infrarouge (NIR).
Caractéristiques clés :
· Type : filtre absorbant
· Matériau : verre optique dopé au cuivre
· Fonction principale : transmettre la lumière proche infrarouge (IR) tout en bloquant complètement la lumière visible.
· Aspect visuel : Ces filtres apparaissent noirs ou violets très foncés à l'œil humain car ils absorbent toutes les longueurs d'onde visibles.
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Comment ils fonctionnent (mécanisme d’absorption)
Le dopant clé, l'oxyde de cuivre (CuO), possède des niveaux d'énergie électronique parfaitement adaptés pour absorber les photons sur l'ensemble du spectre de la lumière visible (environ 400 à 700 nm). L'énergie de ces photons absorbés est convertie en chaleur. Cependant, l'énergie des photons infrarouges (généralement > 700 nm) est trop faible pour être absorbée par ces transitions électroniques, permettant à la lumière infrarouge de traverser le verre avec une grande efficacité.
Performances spectrales et différences entre HWB1, HWB3 et HWB4
La principale différence entre ces filtres réside dans leur longueur d'onde de coupure, le point spécifique auquel ils passent du blocage à la transmission de la lumière. Cela détermine quelle partie du spectre IR ils isolent.
HWB1 :
· Longueur d'onde de coupure : possède la longueur d'onde de coupure la plus courte des trois, généralement autour de ~ 720 nm.
· Transmission : il commence à transmettre la lumière à la limite du spectre rouge visible et atteint sa transmission maximale dans le proche infrarouge (~ 800 nm et au-delà). Il laisse passer une lumière rouge foncé.
· Blocage : Excellent blocage des UV et de la lumière la plus visible, bien qu'il puisse y avoir une légère « fuite » dans le rouge profond.
· Application : utile pour les applications nécessitant une transition du rouge visible à l'IR.
HWB3 :
· Longueur d'onde de coupure : Un filtre IR "plus profond" que le HWB1. Sa coupure est décalée vers une longueur d'onde plus longue, généralement autour de ~ 800 nm.
· Transmission : Il bloque efficacement toute la lumière visible, y compris le rouge profond. Il transmet une bande pure de rayonnement proche infrarouge, avec une transmission maximale souvent supérieure à 850 nm.
· Blocage : blocage supérieur de la lumière visible par rapport au HWB1. C'est un véritable filtre « noir » pour l'œil humain.
· Application : Le cheval de bataille pour de nombreuses applications IR standard nécessitant une transmission IR pure sans contamination par la lumière visible.
HWB4 :
· Longueur d'onde de coupure : possède la longueur d'onde de coupure la plus longue de ce groupe. C'est le filtre IR le plus « profond ».
· Transmission : il commence à transmettre à des longueurs d'onde IR encore plus longues (par exemple > 900 nm) et possède une bande de transmission plus étroite dans le spectre IR.
· Blocage : il offre le meilleur blocage de la lumière visible et des longueurs d'onde plus courtes de la lumière proche infrarouge.
· Application : utilisé pour isoler des bandes IR spécifiques à ondes plus longues et pour les applications où toute fuite d'IR à ondes courtes ou de lumière rouge est inacceptable.
Applications courantes
La capacité de transmettre les infrarouges tout en bloquant la lumière visible rend ces filtres essentiels dans de nombreux domaines :
1. Vision industrielle et surveillance :
· Surveillance IR : utilisée conjointement avec des LED IR et des caméras de vidéosurveillance sensibles aux IR pour une surveillance nocturne secrète. Le filtre bloque toute la lumière visible, permettant à la caméra de voir uniquement la scène IR éclairée, invisible à l'œil humain.
· Inspection industrielle : utilisé pour détecter des caractéristiques ou des substances qui ont une réflectivité ou une absorption différente dans le spectre IR par rapport à la lumière visible (par exemple, inspecter des plaquettes de silicium, voir à travers certaines peintures ou colorants).
2. Instrumentation scientifique :
· Spectrophotométrie : isolement de la bande infrarouge pour l'analyse chimique, telle que la mesure des concentrations de composés organiques.
· Microscopie à fluorescence : utilisée comme filtre bloquant dans les systèmes basés sur l'infrarouge ou pour les techniques d'imagerie infrarouge spécialisées.
· Technologie laser : Filtrage et conditionnement de la lumière dans des environnements équipés de lasers IR (par exemple, lasers Nd:YAG à 1064 nm).
3. Télécommande et électronique :
· Fenêtres du récepteur IR : La fenêtre noire d'un téléviseur ou d'une chaîne stéréo qui reçoit les signaux d'une télécommande est souvent constituée d'un verre de type HWB. Il apparaît noir pour cacher les composants internes mais est parfaitement transparent au signal IR de la télécommande.
4. Photographie :
· Photographie IR : bien que moins courants que les filtres interférentiels à cet effet, ils peuvent être utilisés avec des capteurs de caméra sensibles aux infrarouges pour créer des images de paysages en fausses couleurs ou surréalistes en enregistrant uniquement la lumière infrarouge réfléchie.
Considérations et inconvénients importants
· Accumulation de chaleur : C'est le facteur le plus critique. Puisque ces filtres absorbent tout le spectre visible, ils convertissent une énorme quantité d’énergie en chaleur. Sous des sources de lumière vive (par exemple, des lampes halogènes, la lumière du soleil), ils peuvent devenir extrêmement chauds et se fissurer en raison du stress thermique s'ils ne sont pas correctement dissipateurs de chaleur ou protégés par un filtre secondaire d'absorption de chaleur (comme un verre de type KG).
· « Fuites » de transmission secondaire : certains verres IR à absorption peuvent avoir une très petite bande de transmission secondaire involontaire dans le rouge lointain ou dans une autre partie du spectre. Cela doit être caractérisé pour les applications scientifiques critiques.
· Passe-bande fixe : contrairement aux filtres interférentiels, leur courbe de transmission est fixée par la chimie du verre et ne peut pas être personnalisée avec des bords tranchants.
· Fragilité : étant en verre, ils sont cassants et susceptibles de se briser sous l'effet d'un choc mécanique.
En résumé, la série HWB constitue des filtres d'absorption fondamentaux pour l'isolation infrarouge. HWB3 est le filtre passe-IR à usage général le plus courant. Le choix entre HWB1, HWB3 et HWB4 dépend de la longueur d'onde de coupure spécifique requise pour bloquer complètement la lumière visible tout en optimisant la transmission IR pour une application donnée. Ce sont des composants essentiels dans tout système nécessitant un éclairage ou une détection infrarouge invisible.
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