光学薄膜

光学薄膜第三组——增透膜目录镀膜的原理常见镀膜镀膜后的效果镀膜在实际中的应用一.镀膜的原理当光线进入不同传递物质时（如由空气进入玻璃），大约有5%会被反射掉，在光学瞄准镜中有许多透镜和折射镜，整个加起来可以让入射光线损失达30%至40%。现代光学透镜通常都镀有单层或多层氟化镁的增透膜，单层增透膜可使反射减少至1.5%，多层增透膜则可让反射降低至0.25%，所以整个瞄准镜如果加以适当镀膜，光线透穿率可达95%。镀了单层增透膜的镜片通常是蓝紫色或是红色，镀多层增透膜的镜片则呈淡绿色或暗紫色。二.常见镀膜增透膜分光膜反射膜滤光片特殊膜系目前已有很多不同类型的增透膜可供利用，以满足技术光学领域的极大部分需要。可是复杂的光学系统和激光光学，对减反射性能往往有特殊严格的要求。例如，大功率激光系统要求某些元件有极低的表面反射，以避免敏感元件受到不需要的反射的破坏，并且对于薄膜往往有激光阈值的要求。此外，宽带增透膜可以提高象质量、色平衡和作用距离，而使系统的全部性能增强，因此，生产实际的需要促使了减反射膜的不断发展。设计减反膜并没有完整的系统的方法，简捷的途径是用矢量法，并通过试行法得到较满意的结构，然后进行数值计算作精确校核，以消除矢量法所固有的近似影响。一.减反射膜（增透膜）增透膜（减反射膜）我们都知道当光线从折射率为n0的介质射入折射率为n1的另一介质时在两介质的分界面上就会产生光的反射,如果介质没有吸收，分界面是一光学表面，光线又是垂直入射，则反射率R为：RTnnnnR121010透射率透过率损失，像的亮度降低，影响作用距离等；杂光影响，像的反衬度降低；1、一片玻璃两次反射：一、镀膜的原因光在空气和玻璃界面每次反射光能量占入射总能量的4%，透射光能量为96%。20.960.92III入入透2、普通显微镜有六片透镜十二次反射：3、航空照相机有十片透镜二十次反射：4、越精密的光学仪器由更多透镜组成：120.960.60III入入透200.960.40III入入透0透I空气玻璃123e00.11n38.12n50.13n增透膜均有半波损失，反射光在两个界面上因为321nnn321nnn2MgF二、增透膜的原理考虑光线垂直入射i=0当发射光干涉减弱即代表此时透射光干涉增强。干涉减弱为暗条纹，，，，干涉加强为明条纹，，，反2102122122kkkken镀膜后，上下表面反射光均发生半波损失，无附加光程差，干涉情况满足：增透膜层介质一般采用，镀膜的效果可使单次反射光能量由4%降低到1%，透光率则由96%提高到99%。2MgF如航空照相机镀膜前：镀膜后：入入透III40.096.020入入透III80.099.020增透膜也称抗反射膜------能使光学元件减少因反射而损失的光能，从而增加透射光强度的薄膜。例题：已知MgF2折射率为1.38，选择让可见光中波长为552nm的绿光透射加强，试设计眼镜片上所镀MgF2膜层的最小厚度。2221,0,1,22nekk反解：当反射光干涉相消时，光程差为半波长的奇数倍：222(21)3444kennn其膜层厚度公式:，，25520,1000.1441.38kenmmn取三、增透膜的应用（1）生活中的应用---眼镜片（2）生产中的应用---照相机（3）军事中的应用---隐形飞机孔雀开屏五彩缤纷、艳丽夺目，是因为羽毛上覆盖一层薄薄的角质层，且厚度不均匀。与增反膜相似，某一厚度处会对某一波长的光反射增强，如当蓝光反射干涉加强处就呈现蓝色羽毛，而且蓝色更加鲜艳。孔雀羽毛如果镜片表面不镀增透膜：1、前反光，会使别人看戴镜者时，镜面一片白光，尤其在照相时，这种反射光会严重影响照片的质量；2、后反光，会产生眩光，降低视物的对比度和舒适性；3、内反光，会产生虚像，影响视物的清晰度。因此，镀膜后的镜片对视觉有明显改善效果。眼镜片照相机镜头上都要求镀增透膜，一般选择对可见光中光能量最强、人眼最敏感的中央波长552nm的绿光达到透射增强、反射相消，所以绿光几乎全部透射。而远离552nm的紫光和红光不能完全反射相消，反射光就呈紫红色，这就是我们平常所看到的照相机镜头的颜色。照相机如果在飞机表面镀增透膜，使之对雷达接受系统最敏感的光波反射相消，透射增强被机身吸收，雷达就捕捉不到反射回来的信号，对飞机就可以起到隐身侦察的作用。隐形飞机双层增透膜对于单层氟化镁膜来说冕牌玻璃的折射率是太低了。为此，我们可以在玻璃基片上先镀一层1/4波长厚的、折射率为n2的薄膜，这时对于来说薄膜和基片组合的系统可以用一折射率为Y=N23/n3的假想基片来等价。显然，当n2n3时，有Y＞n3．也就是说，在玻璃基片上先镀一层高折射率的λ0／4波长厚的膜层后，基片的折射率好象从n3提高到Y=N23/n3，然后镀上λ0／4波长厚的氟化镁膜层就能起到更好的增透效果。构成λ0／4-λ0／4型增透膜，若使中心波长的反射率为零，应满足：03201nnnnYn双层增透膜当折射率完全满足以上关系的材料不能找到时，可以通过厚度的调整来达到，如图所示，n0、n3分别为入射介质和基片的折射率，n1和n2为折射率己确定的低折射率和高折射率材料的膜层，δ1、δ2便是待定的膜层位相厚度，用矢量法进行分析:)0()0()0(332323221212110101rnnnnrrnnnnrrnnnnr通常双层增透膜只有当矢量r1、r2和r3组成封闭三角形才能使合矢量为零。因此只须以矢量r1的始点和终点为圆心，分别以r3和r2为半径作两个园，两个园的交点就是满足合矢量为零条件的矢量r2和r3头尾相接的点，然后从矢量图上即可量得2δ1、2δ2的值。显然，图示的两种方式，都能使三角形封闭。解(b)的膜层总厚度比解(a)的小，它对波长的敏感性也较小，所以通常取此解。用矢量法求出双层增透膜的各层厚度三.镀膜后的效果四、镀膜在实际生活中的应用加膜镜片与不加膜镜片的对比图抗UV膜：能阻挡阳光中有害紫外线薄膜技术的应用在薄膜干涉中，光线一部分被反射，另一部分则透射进入介质。反射光干涉极大时，光线大部分被反射。反射光干涉极小时，光线大部分被透射。通过控制薄膜的厚度，可以选择使透射或反射处于极大，增强表面上的反射或者透射，以改善光学器件的性能。称为增透膜，增反膜。在生产中有广泛的应用。需要选择性吸收体在2.5微米以下波长区域有最高的吸收率，但是对于长波长有低的发射率。于是放置在太阳光中的选择性吸收体将达到比一般的黑体表面更高的温度。由于热能在高温比低温更宝贵(这一点是很重要的)，在红外区有高反射的金属上沉积一薄的半导体层和一简单的减反射膜组成的系统能满足这个要求，半导体层增加了太阳辐射的吸收率，但它对于红外区是透明抵所以保持了红外区有高的反射率也即低的红外发射率，但由于半导体折射率较高，表面有可观的反射损率，因此可以用覆盖一简单的减反膜来消除反射。减反射膜的一个特殊应用——光学镀层应用于太阳能利用方面Theend,thankyou!第三组