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实际情况中增透膜和高反膜的相关研究

实际情况中增透膜和高反膜的相关研究

【摘要】为了减少入射光能在透镜玻璃表面反射所引起的损失,常在玻璃表面镀上厚度均匀的薄膜,利用薄膜的干涉使反射光减到最小,从而达到透射光增强的目的。高反膜同理。理论上,我们简单的讨论从介质进入介质,入射角很小时,反射光光程差,根据干涉相消条件可得最小膜厚度。在实际中,不能保证每条光线的入射角都非常小,且光的波长不同,所对应的膜厚度也不同。本篇论文主要针对这一问题,进行了一系列讨论。最终得出了当膜进行一定规律的周期排列时,不影响最后的增透和高反效果。

【关键词】渐变折射率增透膜多层介质高反膜

【中图分类号】TN244 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2018)11-0043-02

一、理论情况下增透膜和高反膜的原理

增透膜减少了光学元件表面反射所造成的光能量损失,增强了透射光的能量,在照相机上有广泛的应用。假设从介质进入介质时,反射光的光程差,入射角很小时,光程差,根据干涉相消条件,可得最小膜厚度。

高反膜是为了增强对某一光谱区内的反射能量,同时使透射光减弱,在登山运动员和滑雪者佩戴的眼镜上常镀有这种膜。同理,根据干涉相长条件,可得最小膜厚度。

二、实际情况下增透膜和高反膜的相关研究

根据公式知一定的膜厚度只对应于一种波长的光,在照相机和助视光学仪器中,通常使膜厚对应于人眼最敏感的波长500nm的黄绿光。

以上的分析只考虑了反射光的相位差对干涉的影响,实际上能否完全相消,还看两反射光的振幅。如果A材料的折射率介于B材料和C材料之间,那把A 置于B和C之间,就能让更多的光从B进人C。也就是说虽然界面更多,反射反而更加微弱。通过反射公式可知,对于包含多个界面的体系,这种效果会更加显著。

可以证明,当反射光完全消除时,介质的折射率应满足其中表示空气的折射率,n表示光学器件的折射率,表示增透膜的折射率),以n=1.5,=1计,应为1.22。

如果我们在薄膜表面再覆一层材料B的薄膜,让B的折射率介于A和空气之间,例如等于1.1,那么不难看出,总的反射将变得更弱,也就是说,膜的透

光效果会更好。接下来我们在薄膜A和玻璃之间也插入一层新的薄膜C,让它的折射率在A和玻璃之间,则反射将进一步削弱。如果覆盖在玻璃表面的薄膜层数足够多,那么薄膜界面间的反射也就越加不明显,而相当于是一层折射率逐渐过渡的材质。科学家们从昆虫的复眼结构得到启发,借助于纳米结构,制造出折射率成梯度或连续变化结构,从而得到高透射率的薄膜。

同样道理,我们可以?论高反膜的材料性质及实际应用。根据菲涅耳方程,被反射的光与总的入射光的比值,要想获得较高反射率,需使用折射率较高的薄膜材料,常用的如硫化锌等材料薄膜。从原理上来讲,高反膜是利用光的干涉效应来增加反射率的,故同增透膜讨论类似,实际常用的高反膜为四分之一波长的多层介质高反膜,它是由高、低折射率材料周期排列镀制在基底上,每层膜的光学厚度是。当入射光波并非垂直入射膜系时,工作波长偏离中心波长,且向短波方面移动。随着入射角度的增加,高反膜的工作波长向短波方向移动,这是因为光程发生改变,影响光波的干涉而引起的。

实际上,对于玻璃这样的折射率约1.5的材料,根据菲涅尔公式,其反射率大约只有,大部分光线都

可以顺利通过,当镀上一层膜以后,其反射率就已经非常小了,当镀上纳米结构的膜时,就制得了高性能的增透膜。实际的应用中,并非采用理论计算的简单单层结构,而是用多层膜系和纳米结构,以获得多角度、宽波长范围的增透膜和高反膜。

三、总结

在实际情况下,照相机等光学器件上依附的增透膜和高反膜并没有我们理论上分析的那么简单,经过实验和相关计算我们可以得到这样的结论:用多层膜系和纳米结构,以获得多角度、宽波长范围的增透膜和高反膜。

参考文献:

[1]《入射角度对高反膜及干涉滤光片的影响》方靖岳国防科技大学,湖南长沙410073

[2]《由薄膜干涉浅析透镜增透膜增透》王宝元吕梁学院汾阳师范分校032200