2020-06-22 20:18:23

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增透膜(Anti-Reflective coating, AR)是一种表面光学镀层,它通过减少反射光来增加光在表面的透过率。增透膜利用光的干涉原理,使膜的前表面与后表面反射的光发生干涉来作用。

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基本信息

  • 中文名

    增透膜

  • 具有波粒二象性

  • 人物

    爱因斯坦/刘易斯

  • 命名为

    光量子/光子

折叠 编辑本段 增透膜的原理简单阐释

光具有波粒二象性,即从微观上既可以把它理解成一种波、又可以把它理解成一束高速运动的粒子(注意,此处请勿把它理解成一种简单的波和一种简单的粒子。它们都是微观上来讲的,爱因斯坦通过研究,命名为光量子。1924年,刘易斯(G.N.Lewis)定名"光子"。 红光波的波长=0.750μm,紫光波长=0.400μm。 而一个光子的质量是 6.63E-34kg。 如此看来他们都远远不是我们所想象的宏观波和粒子。)讨论增透膜原理时把光当成一种波来考虑,光波和机械波一样也具有干涉的性质。

在镜头前面涂上一层增透膜(一般是"氟化钙",不溶于水),向它照射一束红光,如果膜的厚度等于这束红光(注意:这里说的是红光)在增透膜中波长的四分之一时,那么在这层膜的两侧反射回去的红光就会发生干涉,从而相互抵消,你在镜头前将看不到一点反光,因为根据能量守恒,这束红光已经全部穿过镜头了.

为什么我们从来没有看到没有反光的镜头? 原因很简单,因为可见光有"红、绿、蓝"三种颜色,而膜的厚度是唯一的,所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头,一般情况下都是让绿光全部进入的,这种情况下,你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色,因为这反射光中已经没有了绿光。膜的厚度也可以根据镜头的色彩特性来决定。透镜增透膜透镜增透膜

可见增透膜的作用是减少反射光的强度,从而增加透射光的强度,使光学系统成像更清晰。

折叠 编辑本段 定义

增透膜增透膜

在光学元件中,由于元件表面的反射作用而使光能损失,为了减少元件表面的反射损失,常在光学元件表面镀层透明介质薄膜,这种薄膜就叫增透膜。可以分别从能量守恒的角度对增透膜增加透射的原理给予定性分析;根据菲涅尔公式和折射定律对增透膜增加透射的原理给予定量解释;利用电动力学的电磁理论对增透膜增加透射的原理给予理论解释。

折叠 编辑本段 关于增透膜

在日常生活中,人们对光学增透膜的理解,存在着一些模糊的观念。这些模糊的观念不仅在高中生中有,而且在大学生中也是存在的。例如,有不少人认为入射光从增透膜的上、下表面反射后形成两列反射光,因为光是以波的形式传播的,这两列反射光干涉相消,使整个反射光减弱或消失,从而使透射光增强,透射率增大。然而他们无法理解:反射回来的两列光不管是干涉相消还是干涉相长,反射光肯定是没有透射过去,因增加了一个反射面,反射回来的光应该是多了,透射过去的光应该是少了,这样的话,应当说增透膜不仅不能增透,而且要进一步减弱光的透射,怎么是增强透射呢?也有人对增透膜的属性和技术含量不甚了解,对它进行清洁时造成许多不必要的损坏。随着人类科学技术的飞速发展,增透膜的应用越来越广泛。因此,利用光学及其他物理学知识对增透膜原理给以全面深入的解释,同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。让人们对增透膜有一个全面深入的了解,进而排除在应用时的无知感和迷惑感。

折叠 编辑本段 增透原理

折叠 定性分析

光学仪器中,光学元件表面的反射,不仅影响光学元件的通光能量;而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光,影响光学仪器的成像质量。为了解决这些问题,通常在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜,目的是为了减小元件表面的反射光,这样的膜叫光学增透膜(或减反膜)。

这里我们首先从能量守恒的角度对光学增透膜的增透原理给予分析。一般情况下,当光入射在给定的材料的光学元件的表面时,所产生的反射光与透射光能量确定,在不考虑吸收、散射等其他因素时,反射光与透射光的总能量等于入射光的能量。即满足能量守恒定律。当光学元件表面镀膜后,在不考虑膜的吸收及散射等其他因素时,反射光和透射光与入射光仍满足能量守恒定律。而所镀膜的作用是使反射光与透射光的能量重新分配。对增透膜而言,分配的结果使反射光的能量减小,透射光的能量增大。由此可见,增透膜的作用使得光学元件表面反射光与透射光的能量重新分配,分配的结果是透射光能量增大,反射光能量减小。光就有这样的特性:通过改变反射区的光强可以改变透射区的光强。

折叠 电磁场理论解释

根据电磁场理论 ,电磁波在三层理想介质传播的过程中,第一层界面的反射系数r1与媒质2中的场阻抗Z有关。如果选择合适的第二层媒质的宽度d,使Z与第一层媒质的波阻抗η1相等时,有第一层界面的反射系数r1=0。于是从电磁场传播时满足的边界条件说明了如何增反或者增透。

折叠 编辑本段 研制和应用

折叠 增透膜材料

光学增透膜的研制,不仅要考虑它的透射率,而且还要考虑它的硬度,耐热、耐寒性,与玻璃等光体的接合力氟化镁氟化镁度,耐光照射性,吸热强度等因素,能满足这么多条件的材料可想而知是很困难的。根据适合不同的需求,人们发现、常用的材料有氟化镁、氧化钛、硫化铅、硒化铅以及陶瓷红外光红外增透膜、乙烯基倍半硅氧烷杂化膜等。由于一般光学介质都是玻璃,并在空气中使用,那增透膜的折射率应接近1.23。现实中折射率小于氟化镁(折射率为1.38)的镀膜材料很少见,而且像氟化镁那样很好的满足各种条件的材料更是稀少。因此,一般都用氟化镁镀制增透膜。虽然金刚石是迄今为止自然界中性能最优良的材料,但是存在工艺条件过于苛刻和成本高的问题。大规模的使用金刚石薄膜的条件还不具备。通过人们对增透膜的不断发展和研究,相信会有比金刚石更为合适的材料被我们所发现利用,或者金刚石被大规模的使用。

折叠 镀膜技术

随着增透膜的不断开发和研究,光学增透膜的镀膜技术也在不断的发展。光学增透膜的厚度要控制在可见光波长1/4波长的数量级上,增透膜的均匀度的要求也非常的苛刻。尽管如此,在人们的不懈探索中,还是掌握了不少行之有效、先进的镀膜技术。常用的镀膜方法有真空蒸镀、化学气相沉积、溶胶-凝胶镀膜等方法。三者相比较,溶胶-凝胶镀膜设备简单、能在常温常压下操作、膜层均匀性高、微观结构可控,适于不同形状、尺寸的基片、能通过控制配方、制备工艺得到高激光破坏阈值的光学薄膜,已成为高功率激光薄膜的最具竞争力的制备方法之一。

常用的薄膜,并没有使透射光的光强达到最大,也就是说没有使反射光达到最弱。主要是要增透的光往往不是单色的,而是有一定的频宽,而对于一个增透膜只对某一波长的单色光有完全增透的作用。因此可以通过多层镀膜技术来改善增透效果,同时也增加了透射光的线宽,也就是频宽。随着人们对增透膜的应用和发展,有人设想为细小的光纤进行镀膜,由此可见这需要多么精密的镀膜技术。

折叠 应用

增透膜增加透射光强度的实质是作为电磁波的光波在传播的过程中,在不同介质的分界面上,由于边界条件的不同,改变了其能量的分布。对于单层薄膜来说,当增透膜两边介质不同时,薄膜厚度为1/4波长的奇数倍且薄膜的折射率n=(n1*n2)^(1/2)时(分别是介质1、2的折射率),才可以使入射光全部透过介质。一般光学透镜都是在空气中使用,对于一般折射率在1.5左右的光学玻璃,为使单层膜达到100%的增透效果,可使n1=1.23,或接近1.23;还要使增透薄膜的厚度=(2k+1)倍四分之一个波长。单层膜只对某一特定波长的电磁波增透,为使在更大范围内和更多波长实现增透,人们利用镀多层膜来实现。人们对增透膜的利用有了很多的经验,发现了不少可以作为增透膜的材料;同时也掌握了不少先进的镀膜技术,因此增透膜的应用涉及医学、军事、太空探索等各行各业,为人类科技进步作出了重大贡献。

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