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光学镀膜


贡献者:不爱吃窝瓜    浏览:784次    创建时间:2015-11-17

  目录
  1 概述
  2 简介
  3 镀膜的折射率
  4 范例讲解
  5 镀膜的厚度
  概述
  镀膜是用物理或化学的方法在材料表面镀上一层透明的电解质膜,或镀一层金属膜,目的是改变材料表面的反射和透射特性。
  在可见光和红外线波段范围内,大多数金属的反射率都可达到78%~98%,但不可高于98%。无论是对于CO2激光,采用铜、钼、硅、锗等来制作反射镜,采用锗、砷化镓、硒化锌作为输出窗口和透射光学元件材料,还是对于YAG激光采用普通光学玻璃作为反射镜、输出镜和透射光学元件材料,都不能达到全反射镜的99%以上要求。不同应用时输出镜有不同透过率的要求,因此必须采用光学镀膜方法。
  对于CO2激光灯中红外线波段,常用的镀膜材料有氟化钇、氟化镨、锗等;对于YAG激光灯近红外波段或可见光波段,常用的镀膜材料有硫化锌、氟化镁、二氧化钛、氧化锆等。除了高反膜、增透膜之外,还可以镀对某波长增反射、对另一波长增透射的特殊膜,如激光倍频技术中的分光膜等。
  简介
  影响一面平面透镜的透光度有许多成因。镜面的粗糙度会造成入射光的漫射,降低镜片的透光率。此外材质的吸旋光性,也会造成某些入射光源的其中部分频率消散的特别严重。例如会吸收红色光的材质看起来就呈现绿色。不过这些加工不良的因素都可以尽可能地去除。
  很可惜的是大自然里本来就存在的缺陷。当入射光穿过不同的介质时,就一定会发生反射与折射的问题。若是我们垂直入射材质的话,我们可以定义出反射率与穿透率。
  很多人会好奇地问:
  一片完美且无镀膜玻璃的透光度应该有多少?
  既然无镀膜的玻璃透光度不好,那加上几层镀膜后,透光率应该更差才是?
  镀膜的折射率
  其实这两个问题是一致的。只要能了解第一个问题,其它的自然就迎刃而解了。
  根据电磁学的基本理论里,提到对于不同介质的透射与反射。
  若是由介质 n1垂直入射至 n2
  反射率=[ (n2 -n1) / (n1+n2) ]2
  穿透率=4n1n2 / (n1+n2)2
  范例讲解
  若是空气的折射率是 1.0 ,镀膜的折射率nc (例如:1.5) ,玻璃的折射率n (例如:1.8)
  (1)由空气直接进入玻璃
  穿透率= 4×1.0×1.8 / ( 1+1.8 )2=91.84%
  (2)由空气进入镀膜后再进入玻璃
  穿透率=[ 4×1.0×1.5 / ( 1+1.5 )2] × [ 4×1.5×1.8 / ( 1.5+1.8 )2]=95.2%
  可见有镀膜的玻璃会增加透光度。此外由此公式,我们可以计算光线穿透镜片的两面,发现即使一片完美的透镜(折射率1.8),其透光度约为85%左右。若加上一层镀膜(折射率1.5),则透光度可达91%。可见光学镀膜的重要性。
  镀膜的厚度
  最后我们要探讨的是镀膜厚度的不同,会有什么影响?我们已经知道透光度与镀膜的折射率有关,但是却无关于它的厚度。可是我们若能在镀膜的厚度上下点功夫,会发现反射光A与反射光B相差 nc×2D 的光程差。如果
  nc×2D=(N+ 1/2)λ 其中 N= 0,1,2,3,4,5..... λ为光在空气中的波长
  则会造成该特定波长的反射光有相消的效应,因此反射光的颜色会改变。
  例如,镀膜的厚度若造成绿色光的相消,则反射光会呈现红色的。市面上许多看似红色镜片的望远镜都是用这个原理制作的。尽管如此,透射光却没有偏红的现象。
  在许多复杂的光学系统里,反射光的抑制是十分重要的功课。因此一组镜片之间,会利用不同的镀膜厚度来消去不同频率的反射光。所以越高级的光学系统,发现反射光的颜色也会越多。


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