Стекло Вуда ZWB2 и его применения. Кастомим фонарики и не только

Наверное, в наше время все знают, что свет может быть не только видимым.
Простейшим примером для демонстрации может служить обычная лампочка накаливания.

Как известно, она излучает в видимом диапазоне(400-600 нм) только 5% потребляемой мощности. Всё остальное выделяется в виде инфракрасного излучения:

Спектр излучения Солнца намного шире(даже с учётом того, что это только то, что пролезло в окно прозрачности атмосферы).
Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году английским астрономом У. Гершелем. Занимаясь исследованием Солнца, он искал способ уменьшения нагрева инструмента, с помощью которого велись наблюдения, и, определяя с помощью термометров действия разных участков видимого спектра, обнаружил, что «максимум тепла» лежит за насыщенным красным цветом и, возможно, «за видимым преломлением». Ультрафиолетовое излучение было обнаружено чуть позже — в 1801 году, в поисках излучения и далее противоположного красному конца видимого спектра, с длинами волн короче, чем у излучения фиолетового цвета. Немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер определил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра.
На заре развития фотографии, когда чувствительность плёнок и пластин была невелика, а о цветных снимках ещё и не думали, ультрафиолетовая, фиолетовая и синяя части спектра были критически важны — eстественная светочувствительность галогеносеребряных фотоэмульсий лежит именно здесь, остальной спектр им безразличен. Со временем были подобраны различные добавки-сенсибилизаторы, которые обеспечили чувствительность фотоматериалов к зелёным, жёлтым, оранжевым и красным лучам:

Если очень задаться целью, то можно вернуться в исходную точку получить и фотоэмульсию, чувствительную к инфракрасным лучам(и это сделали больше века назад). Чувствительность к ультрафиолету при этом никуда не девается — любая фотоплёнка способна его воспринимать, но результаты будут разные. Чёрно-белая негативная плёнка воспринимает ультрафиолет лучше всех, цветная негативная плёнка хорошо воспринимает ближний и средний УФ-диапазоны, цветная обращаемая плёнка перестаёт реагировать уже на длинах волн 370-380 нм.
Впрочем, плёнка в наши дни уходит в прошлое, сменяясь ПЗС-матрицами цифровых камер. Нижним пределом их чувствительности сегодня является длина волны около 330 нм(с одной стороны — доступен только ближний УФ-диапазон, с другой — это всё ещё лучше цветных обращаемых плёнок). Поэтому ставить на цифровой фотоаппарат спецобъективы типа UV-Nikkor с пропусканием до 220 нм смысла нет, даже если его каким-то чудом удастся найти.
Исторически первым искусственным источником ультрафиолетового излучения стал электрический разряд в ртутных парах.
Свет горящего в стеклянной трубке разряда можно поймать слоем специального состава, который высветит полученную энергию в диапазоне видимого света:

Именно так работает обычная лампа дневного света.
Свет горящего в стеклянной трубке разряда можно выпустить наружу как есть(с поправкой на частичное поглощение излучения стеклом):

Так работает лампа для кварцевания. От обычных ламп дневного света её отличает не только отсутствие люминофорного слоя, но и внешняя оболочка, сделанная из специального стекла, прозрачного для дезинфицирующего излучения:

Обычное стекло в этом спектральном диапазоне непрозрачно:

Из потока излучения кварцевой лампы можно отжать ультрафиолет призмой или дифракционной решёткой, но такое решение будет очень некомпактным.
Свет горящего в стеклянной трубке разряда можно перед выходом наружу отфильтровать стенками самой стеклянной трубки.

Для этого понадобится стекло специально подобранного состава. С такой задачей справился американский физик Роберт Вуд. Стекло Вуда представляет собой натриево-бариевое силикатное стекло, которое содержит около 9% оксида никеля, иногда — оксид кобальта. Оно хорошо поглощает видимые лучи, чуть хуже поглощает инфракрасные, но пропускает ультрафиолетовые. Ртутная лампа с такой колбой излучает ультрафиолетовый свет с небольшой примесью фиолетового. Лампа выглядит черной, потому что в видимом спектре её колба непрозрачна:

Параметры кривой пропускания задаются в некоторых пределах изменением состава стекла.
Такие светофильтры выпускаются давно, но фирменные почему-то стоят совершенно негуманных денег. Если простой ИК-фильтр с оправой под резьбу 58 мм стоит порядка 10 долларов, то его аналог для другого конца спектра стоит в 10-15 раз дороже.
Впрочем, китайцы выручают.

Конечно, фильтры серии ZWB не являются полноценной заменой UG-x от Schott и U-x от Hoya, но за 30-50-кратную разницу в цене им можно это простить, особенно если не предполагается их профессиональное применение.
В настоящее время, наверное, основная сфера их применения — это фонари на ультрафиолетовых светодиодах.
Фильтр, приехавший ко мне, был упакован в полиэтиленовый пакетик.

Его диаметр — 20,5 мм. Как раз под корпус Convoy S2.

Толщина 2 мм.

Физика наглядно: непроглядная чернота, которая не отбрасывает тени.

А как у него с полосой пропускания?
Спектрометра у меня под руками нет, поэтому придётся ограничиться проверкой по трём контрольным точкам.
Слева направо — 450 нм, 395 нм, 365 нм.

Излучение 450 нм светодиода поглощается полностью:

Излучение 395 нм сетодиода проходит через фильтр:

Излучение 365 нм светодиода тоже проходит через фильтр:

В обоих случаях оно воспринимается глазом как сине-фиолетовое, а матрицей фотоаппарата — как красное.
Установка в корпус фонаря особых сложностей не представляет.
Вывинчиваем пилюлю из головной части фонаря.

Вытряхиваем стекло и рефлектор.

Кстати, фильтр толще родного стекла, но резьба в головной части сделана с запасом, её хватит:

Собираем всё в обратном порядке:

Проверяем.

Кстати, вот что получится, если на фильтре останется пыль. Она будет ярко светиться в ультрафиолете.

А теперь усложняем задачу.
Фонарик справа имеет два раздельных светодиода со своими стеклами и рефлекторами, включаемыми поочерёдно от общего источника питания из 1-2 параллельно оединённых аккумуляторов 18650.

Разберём его.

Один светодиод — обычный белый Cree XP-П, второй — цветной Cree XP-G «Royal Blue»(450 нм).

Заменим его на NCSU276A производства фирмы Nichia.
Кстати, рефлекторы тут поглубже, чем у Convoy S2 — присутствует накая претензия на дальнобойность.

Фильтр ZWB2 вместо родного стекла:

Закрутим гайку обратно:

Проверка:

Общий вид:

Впрочем, светодиодным фонариком сложно засветить большую сцену, и ещё сложнее сделать это равномерно.
На помощь придёт обычная лампа-вспышка. Спектр её излучения тоже намного шире видимого:

Фильтр перед импульсной лампой задавит видимый свет, но оставит оба хвоста спектра излучения газового разряда. Так как многие привычные предметы светятся при облучении ультрафиолетом, невидимая для глаз вспышка даст в итоге примерно вот такой кадр:

Такая техника съёмки называется UVIVF (UV-induced visible fluorescence) — видимая флуоресценция, вызванная ультрафиолетовым облучением. Она отчасти позволяет обойти ограничения спектральной чувствительности матриц.
«Кухня в УФ» — это, в общем-то, именно это самое:

Для пейзажной съёмки скорее всего придётся внести изменения в конструкцию фотоаппарата — удалить стоящее перед матрицей тепловое зеркало «Hot-mirror»(оно выглядит как синеватое стекло) и поставить на его место стеклянную заглушку, чтобы автофокус не промахивался.
Примеры таких кадров:
Olympus e-m5F без ТЗ, фильтр ZWB2:

На снимке заметен эффект Вуда — листья растительности сильно отражают ИК излучение, которое в отсутствие теплового зеркала свободно достигает матрицы камеры.
Olympus e-m5F без ТЗ, фильтр ZWB2:

Olympus e-m5F без ТЗ, фильтр ZWB2+ИК-отсекатель:

Слева фото в ИК+УФ, справа в обычном свете:

К вопросу о «Canon VS Nikon»:

К вопросу о съёмке под ультрафиолетом 395 нм:

Удачных всем кадров!