Espectrometro de filtros

ESPECTROMETRO DE FILTROS

Los filtros son artificios ideados para la selección de un determinado intervalo de longitudes de onda de luz. El mecanismo es siempre sustractivo. Consiste en el bloqueo de unas longitudes de onda, permitiendo en cambio el paso de otras. Así, no intensifican un color, sino que se limitan a oscurecer el color complementario. Los filtros están compuestos por un material que transmite selectivamente la longitud de onda absorbiendo todas las demás. Los filtros, equilibran situaciones cromáticas, retienen el espectro luminoso y permiten el paso sólo de la luz de su mismo color. La absorción de la luz, en relación a la densidad del filtro se compensa con el aumento de la exposición.

TIPO DE FILTROS

Los filtros, son cristales con los que conseguimos diferentes efectos finales sobre la fotografía. Van montados en la parte frontal del objetivo por medio de una rosca llamada rosca portalibros y, en algunas cámaras, con enganche a bayoneta.

Hay filtros que modifican los colores, la luz, el enfoque de la fotografía, el contraste, o incluyen efectos especiales sobre la fotografía.,

Ahora para que sirven cada uno : Los filtros podemos clasificarlos :

• De contraste para Blanco y Negro
• De corrección color
• Polarizador
• De efectos especiales
• Lentes de acercamiento.

Los colores complementarios se encuentran en posiciones opuestas en el círculo cromático. Si utilizamos los filtros de contraste y corrección, ayudan con la precisión de color que requiere un fotógrafo profesional.

Ahora los FILTROS para BLANCO y NEGRO : Los filtros para blanco y negro corrigen y modifican los tonos que caracteriza la fotografía en blanco y negro.

Podemos destacar los siguientes filtros para fotos en blanco y negro: Filtro amarillo, naranja, royo y verde.

Filtro amarillo: Los filtros amarillos absorven tanto la luz azul como la ultravioleta, con lo cual los cielos de las fotos en blanco y negro aparecen más oscuros, atenúa las pecas y aclara la piel en los retratos. Este filtro es recomendable para paisajes o fotografías a grandes distancias ya que también aclara la neblina.

Filtro naranja: Este filtro, elimina la luz azul y la ultravioleta. Se consigue un alto nivel de contraste entre el cielo y los demas elementos que componen la imagen. Se utiliza para oscurecer el follaje y las partes verdes de las flores. Atraviesa la neblina y hace más nítidas las fotografías.

Filtro rojo: Aclara los objetos de colores rojos y oscurece los que tienen colores complementarios. Proporciona un fuerte contraste con las flores de tonos más claros en especial las rojas.

Atraviesa también las capas ligeras de la niebla consiguiendo así una fotografía más nítida. También aplana la imagen y disminuye la perspectiva.

Filtro verde: Los filtros verdes, eliminan el rojo y el azul y dejan pasar el verde y el amarillo. Diferencian las diversas tonalizades del verde. Es adecuado en verano para equilibrar las transiciones tonales entre prados, árboles y hojas. Se utiliza para retratos porque equilibra la tonalidad rojiza de los focos para la fotografía y da a la piel tonalidades mas naturales.

espectrometro

Filtros de interferencia que se basan en interferencia óptica para así proporcionan bandas de radiación estrechas. Se pueden utilizar filtros de vidrio de color o gelatina teñida para aislar una zona del espectro q cubra un intervalo de 500 A° pero para muchos experimentos de fotoquímica y para otros fine es conveniente aislar una banda de anchura d 50 A° centrada en una onda prefijada y en ocasiones se necesitan bandas más estrechas, para estos fines es conveniente utilizar estos filtros. Consta de un dieléctrico transparente (fluoruro de calcio o de magnesio) que está delimitado por dos placas metálicas semitransparentes. Al incidirle la radiación parte de esta se refleja en las placas metálicas, produciéndose interferencias constructivas o destructivas, reforzando o disminuyendo la radiación. Los filtros de interferencia, que pertenecen al grupo de los filtros de reflexión, cuentan con una transmitancia elevada y logran una delimitación exacta entre las partes transmitidas y las reflejadas del espectro. Los filtros de cristal cubiertos con una capa de interferencia pueden generar colores intensos (saturados). La acumulación del calor queda suprimida en los filtros de interferencia, ya que se produce la reflexion y no una absorción El espectro de reflexión depende del ángulo de observación. La estabilidad es menor a la de los filtros de absorción, debido al método de vaporización empleado. .

filtros de interferencia

Filtros de absorción estos se absorben una amplia gama de longitudes de onda sin dejar de transmitir el resto. Normalmente se componen de una gelatina coloreada o un vidrio coloreado. Tienen un ancho de banda mayor que los de interferencia, dentro de ellos se localizan los espectros de corte q transmiten casi el 100% en una zona del espectro, pero a partir de un valor determinado de transmitancia igual a cero. Absorben ciertas zonas espectrales y transmiten la radiación sobrante. Debido a la absorción, el filtro se calienta considerablemente. La delimitación entre las partes transmitidas y reflejadas del espectro no es tan exacta como en el caso de filtros de interferencia, y se traduce un flanco menos empinado de la transmitancia. Con los filtros a base de cristales en colores, más bien se generan colores insaturados (no intensos).

Archivo:Imagen4.jpg

filtro de absorcion

Existen básicamente cuatro tipos de filtros, que son: filtros pasa-bajas, pasa-altas, pasa-banda y filtros supresores de frecuencias o rechaza-banda.

Los filtros pasa-bajas son aquellos que permiten el paso de las frecuencias bajas; los pasa-altas, por el contrario, sólo permiten el paso de frecuencias altas a través de ellos; a continuación están los filtros pasa-banda que solamente permiten el paso de un determinado rango de frecuencias.

Un filtro pasa-bajas sólo permite el paso de señales con frecuencias menores a f1: Son aquellos que introducen muy poca atenuación a las frecuencias que son menores que una determinada, llamada frecuencia de corte. Las frecuencias que son mayores que la de corte son atenuadas fuertemente

Un filtro pasa-altas sólo permite el paso de señales con frecuencias mayores a f1:Este tipo de filtro atenúa levemente las frecuencias que son mayores que la frecuencia de corte e introducen mucha atenuación a las que son menores que dicha frecuencia.

En un filtro rechaza banda, las señales con frecuencias comprendidas entre f1 y f2 son las únicas que pasan: Este filtro elimina en su salida todas las señales que tengan una frecuencia comprendida entre una frecuencia de corte inferior y otra de corte superior. Por tanto, estos filtros eliminan una banda completa de frecuencias de las introducidas en su entrada. El uso de los filtros se ha incrementado considerablemente en estas dos últimas décadas hasta el punto de existir volúmenes enteros dedicados a ellos.

El rango de los filtros pasa-banda evidentemente dependerá de los elementos utilizados en su construcción y por tanto se podrán seleccionar según sea más conveniente: En este filtro existen dos frecuencias de corte, una inferior y otra superior. Este filtro sólo atenúa grandemente las señales cuya frecuencia sea menor que la frecuencia de corte inferior o aquellas de frecuencia superior a la frecuencia de corte superior. por tanto, sólo permiten el paso de un rango o banda de frecuencias sin atenuar, como muestra puede verse un filtro activo pasa-banda básico. Los valores de los condensadores y de las resistencias, así como las características del amplificador operacional utilizado son las que van a determinar el margen de frecuencias que pueden pasar por el filtro.

ANCHO DE BANDA (Bw)

El ancho de banda es, medida en Hertz , del grupo de frecuencias que realizan trabajo útil. Este grupo de frecuencias es en donde se encuentra concentrada la mayor energía de la señal.

Es la gama de frecuencias a las cuales se las permitirá el paso, es igual a la diferencia de las frecuencias de corte superior e inferior:

Bw=∆f=fcs (frecuencia de corte superior) – fci (frecuencia de corte inferior)

CALIDAD (Q)

Especifica la eficacia del filtro, es decir, la idealidad de su respuesta. Es la proporción establecida entre la energía máxima acumulada en el circuito y la disipada durante un ciclo. Dicho con otras palabras es la relación entre la frecuencia de corte o central y el ancho de banda:

El factor Q se define como la frecuencia de resonancia (f₀) dividida por el ancho de banda (f₂-f₁):

$Q={\frac {f_{0}}{f_{2}-f_{1}}}={\frac {f_{0}}{\Delta f}}$

En conclusión la calidad (Q) en filtros sirve para ver lo selectivos que son, es decir, para ver el ancho de banda. En principio, un filtro con menor ancho de banda (mayor Q), será mejor que otro con más ancho. También, como se puede deducir de la ecuación anterior, es más difícil hacer filtros de calidad (porque requieren una Q mayor) a alta frecuencia que a baja frecuencia.

EJEMPLO:

graphic band width

LA GRAFICA A: - muestra una frecuencia central f0 (también llamada frecuencia de resonancia) - ancho de banda va de f1 a f2.

LA GRAFICA B: - muestra una frecuencia central f0 (también llamada frecuencia de resonancia) - ancho de banda va de f3 a f4.

Las frecuencia utilizadas para determinar el ancho de banda (f1, f2, f3, f4) se llaman frecuencias de corte o frecuencias de mediana potencia y se obtienen cuando la amplitud de la onda (ver el gráfico) cae en 3 dB de su máxima amplitud.

El gráfico B muestra un filtro de mayor selectividad, pues las frecuencias de corte están mas cerca de la frecuencia central f0 (ver el gráfico). En este caso el ancho de banda del filtro es menor.

El gráfico A muestra un filtro de menor selectividad, pues sus frecuencias están más alejadas de la frecuencia central, pero su ancho de banda es mayor.

Para encontrar el factor de calidad de un filtro se utiliza la fórmula: Q = f0 / Bw Donde:

f0 = frecuencia de central o de resonancia Bw = Ancho de banda (f2 - f1) o (f4 - f3).

En este caso el factor de calidad del filtro B es mayor

LEY BEER-LAMBERT

La ley de Beer-Lambert establece que la absorbancia de una solución es directamente proporcional a la concentración de la solución. La relación entre la intensidad y la concentración de la especie absorbente tiene mucho más interés por lo que Beer determino que; al aumentar la concentración del absorbente, se produce el mismo efecto que un aumento de proporcional en la longitud del trayecto de absorción de la radiación. De esta forma, la constante de proporcionalidad k es a su vez, proporcional a la concentración de soluto absorbente, esto es,La ley de Beer-Lambert relaciona la intensidad de luz entrante en un medio con la intensidad saliente después de que en dicho medio se produzca absorción. La relación entre ambas intensidades puede expresarse a través de la siguiente relación: ${I_{1} \over I_{0}}=e^{-\alpha lc}=e^{-A}$ ||left}} Donde:

$I_{1},I_{0}\,$, son las intensidad es saliente y entrante respectivamente.

Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/»:): A=\alpha \ell c\, , es la absorbancia, que puede calcularse también como: $A=-\ln {\frac {I_{1}}{I_{0}}}$

$\ell \,$ es la longitud atravesada por la luz en el medio,

$c\,$ es la concentración del absorbente en el medio.

$\alpha ={\frac {4\pi \ k_{\lambda }}{\lambda }}$ es el coeficiente de absorción:

$\lambda \,$ es la longitud de onda de la luz absorbida.

Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/»:): k_\lambda\, es el coeficiente de extinción.

La ley explica que hay una relación exponencial entre la transmisión de luz a través de una sustancia y la concentración de la sustancia, así como también entre la transmisión y la longitud del cuerpo que la luz atraviesa. Si conocemos l y α, la concentración de la sustancia puede ser deducida a partir de la cantidad de luz transmitida.

Las unidades de c y α dependen del modo en que se exprese la concentración de la sustancia absorbente. Si la sustancia es líquida, se suele expresar como una fracción molar. Las unidades de α son la inversa de la longitud (por ejemplo cm^-1). En el caso de los gases, c puede ser expresada como densidad (la longitud al cubo, por ejemplo cm^-3), en cuyo caso α es una sección representativa de la absorción y tiene las unidades en longitud al cuadrado (cm², por ejemplo). Si la concentración de c está expresada en moles por volumen, α es la absorbencia molar normalmente dada en mol cm^-2.

El valor del coeficiente de absorción α varía según los materiales absorbentes y con la longitud de onda para cada material en particular. Se suele determinar experimentalmente. La ley tiende a no ser válida para concentraciones muy elevadas, especialmente si el material dispersa mucho la luz. La relación de la ley entre concentración y absorción de luz está basada en el uso de espectroscopia para identificar sustancias.

TRANSMITANCIA ÓPTICA

La transmitancia óptica que se define como la fracción deluz incidente, a una longitud de onda especificada, que pasa a través de una muestra. a medida que un haz de luz atraviesa un medio absorbente, la cantidad de luz absorbida en cualquier volumen es proporcional a la intensidad de luz incidente multiplicado por el coeficiente de absorción. Consecuentemente, la intensidad de un haz incidente decae exponencialmente a medida que pasa a través del absorbente. Esta relación cuando se expresa como Ley de Lambert es: La transmitancia óptica que se define como la fracción de luz incidente, a una longitud de onda especificada, que pasa a través de una muestra.

Su expresión matemática es:

Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/»:): T = \frac{I}{I_{0}}

donde Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://en.wikipedia.org/api/rest_v1/»:): I_0 es la intensidad del rayo incidente, e $I$ es la intensidad de la luz que viene de la muestra.

La transmitancia de una muestra está normalmente dada porcentualmente, definida como:

$T\%={\frac {I}{I_{0}}}\cdot 100\%$

ABSORBANCIA

La transmitancia se relaciona con la absorbancia (o absorbencia): La transmitancia puede ser trazada en relación a la concentración, pero la relación no es lineal. El logaritmo negativo en base 10 de la transmitancia sí es, sin embargo, lineal con la concentración. A como

$A=-\log _{10}T\ =-\log _{10}\left({\frac {I}{I_{0}}}\right)\,$

o

$A=2-\log _{10}T\%\,$

donde T% es el porcentaje de transmitancia.

El término transmisión se refiere al proceso físico de la luz pasando por una muestra, mientras que transmitancia se refiere a una cantidad matemática.

REFLECTIVIDAD

No toda la luz que llega en un material transparente entra a ella y se refracta, una parte de esta luz es reflejada en la superficie con un ángulo de reflexión igual al ángulo de incidencia

Reflexión y refracción de la luz en la superficie de un material La reflectividad se define como la fracción de la luz reflejada en una entrecara y está relacionada con el índice de refracción. Hay algunas aplicaciones en las cuales la alta reflectividad produce una pérdida de luz no deseable, como en el caso de los lentes o en los vidrios que cubren algunos cuadros por esta razón se crean anti-reflectivos que minimizan el problema. En este caso el recubrimiento produce una onda reflejada que anula la producida por la superficie del material

reflectividad

Esquema de la anulación de la reflectividad de un material con el recubrimiento

reflectividad 2

PRINCIPIOS DE INTERFERENCIA

Los colores que nosotros observamos cuando la luz de sol cae en una burbuja de jabón, un poco de aceite o en el pavimento húmedo, o un colibrí rojizo son causados por la interferencia de las ondas de luz reflejadas desde el frente hacia atrás de las superficies de las películas transparentes finas. Esto se da porque dos haces de ondas que llegan al mismo plano sumarán sus efectos si llegan en fase o contrarrestarán sus efectos si llegan desfasados. Su efecto combinado es obtenido sumando algebraicamente los desplazamientos en el punto hacia las fuentes individualmente. Esto es conocido como el principio de superposición. Thomas Young descubrió este principio de interferencia cerca de 1800. El espesor de la película es típicamente del orden de la magnitud de la longitud de onda de la luz. Las películas delgadas depositadas en los componentes ópticos tales como los lentes de las cámaras pueden reducir la reflexión y mejorar la intensidad de la luz transmitida. Los cubrimientos delgados en ventanas pueden mejorar la reflectividad para la radiación infrarroja mientras tiene menos efecto en la radiación visible. De esta manera es posible reducir el efecto de calor de la luz de sol en un edificio. Haciendo algunos experimentos sobre franjas de colores acompañadas por sombras, he encontrado una prueba tan simple como demostrativa de la interferencia de dos porciones de luz, la cual he intentado establecer, la cual pienso exponer ante la Sociedad Real como una corta proposición ante los hechos que me parecen definitivos. La proposición sobre la cual quiero insistir en el presente es simplemente ésta, que las franjas de colores son simplemente producidas por la interferencia de dos porciones de luz, pienso que no será contradicha por el mayor detrimento, yo relataré que la proposición es por los experimentos que relataré, los cuales pueden repetirse con gran facilidad, siempre que brille el sol y sin otro aparato que la propia mano.

Experimento1. He hecho un pequeño agujero en una ventana cerrada, y lo he cubierto con una pieza de papel delgado, el cual perforé con una aguja fina. Por comodidad, coloqué un lente pequeño fuera de la ventana cerrada, en tal posición que refleja la luz del sol en una dirección aproximadamente horizontal, sobre la pared opuesta causando que el cono de divergencia de la luz pase sobre una mesa, sobre la que hay varias tarjetas de papel. Yo induzco el rayo de luz a pasar a través de la tarjeta. De 1/30 de pulgada de ancho, y observo su sombra, ya sea sobre la pared o sobre las tarjetas colocándolas a diferentes distancias. A los lados de las franjas de colores, sobre cada lado de la sombra, pero dejando la parte central de la sombra siempre clara. Ahora estas franjas eran los efectos unidos de las porciones de luz que pasan sobre cada lado de las tarjetas, y se deflectan, o mejor, se difractan en las sombras. Para una pantalla pequeña, colocada a unas cuantas pulgadas de la tarjeta, de modo que reciba la sombra de los extremos sobre su margen, todas las franjas las cuales han sido observadas antes en la sombra de la pared, desaparecen inmediatamente, aunque la luz deflectada sobre el otro lado siga su curso y aunque ésta sufra una modificación en la proximidad de la tarjeta. Cuando la pantalla interpuesta estaba más lejos de la estrecha tarjeta, fue necesario sumergir más profundamente en la sombra para desaparecer las líneas paralelas; por aquí, la luz difractada del extremo del objeto ha penetrado más en la sombra. No fue por falta de intensidad de luz que una de las dos porciones fuera incapaz de producir solamente franjas; por lo que cuando ambas estaban interrumpidas, las líneas aparecían siempre que la intensidad era reducida de un décimo a un veinteavo.

Experimento 2 Las crestas de las franjas descritas por el ingenio y la exactitud de Grimaldi (físico matemático), 1 quien produjo una variación elegante del experimento anterior, y un ejemplo interesante e un cálculo referente a él. Cuando la sombra se forma por un objeto que tiene terminaciones regulares, junto a las franjas generalmente exteriores, existen dos o tres alteraciones de colores, empezando por la línea que bisecta el ángulo, dispuesta en cada lado, en curvas, las cuales convergen juntas a la línea bisectada y la cual converge en algún lado hacia ella, de modo que ellas llegan más lejos del punto angular. Estas franjas son

1 Se refiere al efecto que produce la luz al difractarse por la esquina de un objeto.

también el efecto unido de la luz que es directamente deflectada hacia la sombra, de cada una de las líneas exteriores del objeto. Si una pantalla es colocada a pocas pulgadas del objeto, sólo se percibe uno de los lados de la sombra, desapareciendo toda la franja. Si de lo contrario, el punto rectangular de la pantalla está opuesto al punto de la sombra, sólo se recibe el ángulo de la sombra en este extremo y las franjas permanecen imperturbables.

De los anteriores experimentos, Young midió, haciendo variar la abertura, la distancia de las líneas de interferencia, y además, mediante este experimento muestra que la luz se comporta como si fuera una onda.

thomas young

experimento de thomas

FILTROS INTERFEROMETRICOS DE Fabry-Perot

Los primeros informes del interferómetro de Fabry-Perot (FP) datan del siglo pasado, fue solamente después de la invención del láser, en la década del sesenta, que este dispositivo pasó a ser ampliamente empleado en investigaciones en las áreas de la física, astronomía y más recientemente su principio de funcionamiento fue empleado en la construcción de filtros ópticos. Un filtro interferométrico de fabry-perot es, según se observa esta, constituido por una cavidad resonante formada por un medio óptico de longitud x, denominado etalón, colocado entre dos espejos idénticos de reflectividad R. Su principio de funcionamiento es bastante simple: la luz incidente en el dispositivo es alineada atravesando la cavidad siendo reflejada por la capa reflectora, esta señal reflejada a su vez atraviesa la cavidad en sentido contrario y es reflejada por la otra capa reflectora atravesando nuevamente la cavidad, así el rayo luminoso incidente sufre, al entrar en la cavidad, múltiples reflexiones. Las señales reflejadas a su vez interfieren con la señal incidente, en este caso éstas poseen una longitud de onda que será un múltiplo entero de la señal sufriendo interferencia constructiva y es transmitida fuera de la cavidad, en caso contrario la interferencia es destructiva y la señal es atenuada.

Archivo:Imagen13.png

filtros interferometricos

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BIBLIOGRAFIA

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