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Lexikon der Optik: Filtergläser

Filtergläser, optische Gläser mit spezifischen Absorptionseigenschaften, die der gezielten Beeinflussung der spektralen Verteilung von Strahlung im optischen Wellenlängenbereich dienen.

Bis auf wenige Ausnahmen wird das selektive Absorptionsverhalten bzw. die Färbung der F. durch meist geringe Zusätze unterschiedlicher, stark und sehr spezifisch absorbierender Stoffe zu geeigneten Grundgläsern bewirkt. Die daraus resultierende Vielfalt der F. wird von den Herstellern einerseits nach Farbe bzw. Lage des spektralen Transmissionsbereiches, andererseits nach Beschaffenheit des spektralen Transmissionsverlaufs bzw. nach ihrer Filterwirkung eingeteilt. Dementsprechend differenziert ist die Charakterisierung der F. durch die – meist traditionelle – Bezeichnung, durch Transmissions- und Wellenlängen-Kennzahlen sowie Farbzahlen.

Bei vielen F. wird die Färbung durch Ionen von Schwermetallen (Cu, Fe, Ni, Co, Cr, Mn, V) hervorgerufen, die in Lösung, d.h. in ionogener Verteilung, im Grundglas vorliegen und eine homogene Färbung bewirken. Diese ist abhängig von der Art, der Menge und der Oxidationsstufe der färbenden Komponenten sowie vom Grundglas. Ionengefärbte Gläser haben meist einen oder mehrere selektive, mehr oder weniger ausgeprägte glockenförmige Transmissionsbereiche mit benachbarten Sperrbereichen. Ihre Bandpaßfilter-Wirkung macht sie besonders geeignet als Selektionsfilter zur Aussonderung erwünschter oder Unterdrückung unerwünschter Spektralbereiche einer Strahlung.

Eine besondere Gruppe ionengefärbter Gläser enthalten die Seltenen Erden Neodym, Praseodym oder ein Gemisch beider Elemente (Didym) sowie Holmium und Uran. Ihr Transmissionsverlauf weist im sichtbaren Spektralbereich eine größere Anzahl charakteristischer Absorptionsbanden auf. Derartige Bandengläser werden – teilweise in Kombination mit anderen geeigneten F. – als Schmalbandfilter besonders zur Aussonderung von Spektrallinien verwendet.

Eine weitere wichtige Gruppe der F. stellen die Anlaufgläser dar. Bei ihnen wird die Färbung durch homogen in einem farblosen Grundglas verteilte winzige Kristalle aus Cadmiumsulfid (CdS) oder Mischkristalle aus CdS und Cadmiumselenid (CdSe) verursacht. Nach (schneller) Abkühlung der Schmelzen sind die Gläser zunächst nahezu farblos, die Farbträger sind ionogen im Glas gelöst. Die Färbung wird erst durch einen nachfolgenden Temperprozeß hervorgerufen, in dem Keimbildung und Kristallwachstum ablaufen, die Gläser "laufen an". Der gewünschte Anlaufgrad läßt sich durch Temperatur-Zeit-Variation einstellen.

Je nach Farbstoff, Konzentration und Wärmebehandlung werden Gelb-, Orange- oder Rotgläser erhalten, die sich durch einen steilen Transmissionsabfall nach der kurzwelligen Seite hin auszeichnen. Diese über den gesamten sichtbaren Spektralbereich fein abgestuft herstellbaren Steilkantgläser finden als Langpaßfilter vielseitige Verwendung. Mit praktisch gleicher Filterfunktion schließen sich zum UV-Bereich hin die Weißgläser an (bis 240 nm Kantenlage). Sie enthalten keine Farbstoffkomponenten; bei ihnen handelt es sich um die UV-Absorptionskante des Glases.

Weitere spezielle Filterfunktionen lassen sich mit F. wie folgt realisieren:

Kurzpaßfilter, durch Gläser mit langwelligem Sperrbereich. Es existieren nur sehr wenige derartige Gläser und diese auch nur mit wesentlich geringerer Kantensteilheit, als sie die Anlaufgläser aufweisen.

Konversionsfilter, durch Gläser mit speziellem spektralen Verlauf des Transmissionsgrades im sichtbaren Spektralbereich und damit speziellen Farbörtern zur Umwandlung der Strahldichteverteilung von Temperaturstrahlern (Photogläser, Farbtongläser). Die damit erreichte Erhöhung oder Senkung der Farbtemperatur von Lichtquellen kommt in der Beleuchtungstechnik und Farbphotographie zur Anwendung.

Dämpfungsfilter, durch Gläser mit weitgehend aselektiver, d.h. annähernd gleichmäßiger Absorption im sichtbaren Spektralbereich (Neutralgläser). Mit ihnen läßt sich eine Strahlung praktisch ohne Veränderung ihrer relativen spektralen Strahldichteverteilung gleichmäßig und (durch Dickenvariation) definiert schwächen.

Wärmeschutzfilter, durch Gläser mit hoher Transmission im sichtbaren Spektralbereich und hoher Absorption der IR-Strahlung (Schutzgläser).

Alle bisher behandelten Farb- und Filtergläser basieren auf Silikat- oder Phosphat-Grundgläsern und sind dadurch – bei normalen Dicken – in ihrer Transmission grundsätzlich auf den Wellenlängenbereich von 200 bis 3000 nm beschränkt. Beträchtlich weiter in den IR-Bereich reichen dagegen Chalkogenidgläser, insbesondere Arsensulfidglas (bis etwa 12 μm), das für Küvetten und Fenster in der IR-Spektroskopie und in Gasanalysegeräten eingesetzt wird.

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