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单层增透膜
最简单的增透膜,是在玻璃表面上镀一层低折射率的薄膜,如图1所示。
在界面1和2上的振幅反射系数r1和r2为
r1=n0-n1/n0+n1,r2=n1-n2/n1+n2
从矢量图上可以看到,合振幅矢量随着r1和r2之间的夹角2δ1而变化,合矢量端点的轨迹为一圆周。当膜层的光学厚度为某一波长的1/4时,则两个矢量的方向完全相反,合矢量成为最小
r=|r1-r2|,R=r²
这时如果矢量的模相等,即|r1|=|r2|,则对该波长而言,两个矢量将完全抵消,出现零反射率。
欲使|r1|=|r2|,必须使
n0-n1/n0+n1=n1-n2/n1+n2
即n1=√n0n2,如n0=1,则n1=√n2。
因此,理想的单层增透膜的条件是,膜层的光学厚度为1/4波长,其折射率为入射介质和基片折射率的乘积的二次方根。
单层增透膜的出现,在历史上是一个重大的进展,直至今天仍被广泛地用来满足一些简单的用途。但是它存在两个主要的缺陷:首先,对大多数应用来说,剩余反射还显得太高;此外,从未镀膜表面反射的光线,在色彩上仍保持中性,而从镀膜表面反射的光线破坏了色的平衡。作为变焦距镜头、超广角镜头和大相对孔径等复杂的透镜系统中的增透镀膜,是不能符合要求的。
基本上有两个途径可以提高单层膜的性能,即或者采用变折射率的所谓非均匀膜,它的折射率随着厚度的增加呈连续的变化,或者采用几种折射率不同的均匀膜构成增透膜,即所谓多层增透膜。
在玻璃表面上,可用化学蚀刻方法制备折射率连续变化的耐久的增透膜。在波长0.35~2.5μm范围内,能有效地消除玻璃表面的反射,使反射率从8%左右(两个表面)减少到小于0.5%。这种方法是利用了碱性硼硅酸盐中的相分离现象,采用合理的热处理条件,碱性硼硅酸盐相应地分离成两个玻璃相。在一个相中,二氧化硅浓度高达96%左右,即不溶解的浓二氧化硅相;在另一个相中,氧化硼浓度较高,即可溶解的低二氧化硅相。这个可溶解的相,用许多材料(包括大多数无机酸)能够很容易地溶解,留下二氧化硅含量高的相作为多孔骨架的表面薄膜。由于这种薄膜的多孔性和毛细孔尺寸小(半径小于4.0mm),所以其有效折射率比凝聚的二氧化硅薄膜的折射率低很多。这种多孔薄膜的折射率梯度,在利用相分离方法和化学刻蚀方法时是容易控制的。利用这种独特的技术制备的微孔性薄膜,不仅在宽光谱范围内有低的反射率,而且具有惊人的耐久力。这种薄膜在太阳能的应用中是有价值的,在高能量应用(如激光)中也颇有潜力。
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