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镀膜与多层宽带膜

 

   望远镜的透镜一般都由光学玻璃制作而成。光线透过玻璃时,不能100%透过去。对于一块玻璃来说,在透过前后两个表面时都有一部分光被反射,因此只有80~90%的入射光通过。反射光量的大小与镜片的折射率有关,以普通的冕牌玻璃为例(折射率为1.5),在镜片的前表面的反射光为4%,后表面的反射光为3.8%。在不考虑光被吸收的情况下,冕牌玻璃的透光率仅为92.2%。计算表明,如果一个装置中包含有六个透镜,将有一半的光线被反射。这样就大大影响了成像的效果。若在镜面上镀上一层透明薄膜,即增透膜,就大大减少了光的反射损失,增强光的透射强度,从而提高成像质量。

    为什么在玻璃的表面镀上一层东西不会阻挡光线反而增强透射呢?光的干涉理论认为,两个频率相同,振幅相近的光束沿着同一路径前进时会发生干涉,合振幅的大小视两波列的位相差而定。当两光波的位相差为半个波长时,合振幅为0,相互抵消。举个不恰当的例子,大家想像一下,如果你朝水平丢一颗石子,会激起一圈圈的水波,如果你在适当时候在同一个位置再丢一颗,它激起的波浪和原来的波浪相位正好相反(就是说原来第一颗石子激起的浪峰正好遇上第二颗石子形成的浪谷),波浪将消失于无形。就是因为这两个浪相互抵消了!

    减反增透膜正是应用了光的干涉原理,使薄膜的前后表面上的反射光发生干涉,彼此抵消,减少反射光的量。

一、单层减反增透膜

    理论上,当符合条件 1. 厚度d=nfλ/4(nf为膜的折射率) 2. nf =√ng(ng为镜片的折射率)时,对于波长为λ的光来说,能达到完全消除反射光的目的。对冕牌玻璃(ng=1.5)来说,可算出其最理想的膜nf =1.22。

    但以上仅是理论。实际上所需膜的折射率却受客观条件的限制。特别是折射率如此低的镀膜材料至少目前还找不到。现在一般都用折射率为1.38的氟化镁制单层减反增透膜,因而仍有约1.3%的剩余反射,但对于折射率较高的光学玻璃,单层氟化镁已能达到很好的减反增透效果。

二、多层减反增透膜和宽带膜

    正是由于单层减反增透膜不能完全消除反射,有时剩余反射量仍嫌太大,必须进一步减少,为此则需采用双层或多层减反增透膜。选择多层增透膜系有两条途径:

    A.由于适于镀膜的材料有限,折射率不是一个可以任意改变的参数,所以一个有效的途径是:选定膜系各层的光学厚度必须符合全投射(零反射)的条件。这就要求各膜层的光学厚度不是λ/4的整数倍,从而给镀膜工艺控制厚度带来了困难。

    B.先选定各层膜层的光学厚度为λ/4的整数倍,寻找一种满足零反射所应具有的折射率的膜材料。这条途径的优点是可简化镀膜时对厚度的控制。由上述两条途径设计的膜系在一定的波长λ处可达到100%的透射率,而对其他的波长则不然,曲线如图1中呈V形的曲线所示,称为V形增透膜。

    C、有时,并不要求在某一波长处有100%的透射率,而希望在较宽的波段范围内反射率都比较低而一致。接近这种要求的膜系的反射率曲线的形状如图1中W形曲线所示,故称为W形增透膜。其两层膜的光学厚度分别为n1d1=λ/4;n2d2=λ/2(式中n1、n2为两层膜的折射率,d1、d2为两层膜的厚度)。这里利用了λ/2膜层厚度的特性,不影响膜层的透光率。即λ处的反射率由光学厚度为λ/4的第一层膜决定,但λ/2膜层改善了其它波长处的光透射率,使膜系在较宽的波段上有良好的增透效果。这种在较宽波段上有良好增透效果的镀膜应该就是通常说的宽带膜。 (覃育)

 

 

 

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