Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
В последние годы разработаны способы многослойного покрытия, обеспечивающего особо эффективное просветление в приборах с большим числом преломляющих поверхностей, когда кроме выигрыша в пропускании света нужно избежать заметного изме-
218
нения спектрального состава проходящего излучения. Возможность получения такой многослойной «ахроматической» просветляющей пленки сыграла существенную роль в различных задачах оптической промышленности. В качестве примера на рис. 5.34 приведена зависимость коэффициента пропускания
5.34. Зависимость от длины волны коэффициента пропускания света системой до (кривая 1) и после просветления двухслойной (кривая 2), трехслойной (кривая 3) пленками
«1 «1 Щ Пп
П\>П2 П\>гц
5.35. Схема многослойного отражающего диэлектрического покрытия
для света, прошедшего сложную систему с 44 преломляющими поверхностями, от длины волны. Применение двухслойной пленки позволило резко увеличить пропускание света лишь в центральной области видимого спектра (к » 5500А), тогда как трехслойная пленка обеспечила высокое пропускание света в широкой области спектра, причем резко уменьшилось количество рассеянного света.
2. Получение высокоотражающих интерференционных слоев. При п > щ пленка с оптической толщиной nl = к/4, нанесенная на оптическую поверхность, увеличивает коэффициент отражения . Действительно, в этом случае потеря полуволны происходит лишь на передней поверхности пленки и обе волны (см; рис. 5.32) усилят одна другую, так как разность хода составит к/4 к/4 -I- к/2 = к.
Но добиться высоких коэффициентов отражения ((R > 30%) таким образом практически невозможно. Эффект можно значительно усилить, если перейти от интерференции двух лучей к многолучевой интерференции. В этом случае интерференционные максимумы окажутся более острыми и их интенсивность Умакс) резко возрастет (см. § 5.7).
Для получения таких высокоотражающих интерференционных слоев применяют следующую методику. На стекло наносят ряд пленок с одинаковой оптической толщиной (л;/* = к/4), но разными показателями преломления; между двумя слоями диэлект-
219
рика с большим показателем преломления п\ помещают слой диэлектрика с малым показателем преломления га2 (рис. 5.35). Так, например, часто используют комбинацию сульфида цинка («1 » 2,3) и фторида лития (л2 « 1,3).
Нетрудно заметить, что в этом случае все отраженные волны синфазны и усиливают друг друга. Для некоторой области длин волн, близкой к А-о (удовлетворяющей условию n\li = я2/2 = Xq/A), мы получим максимумы, ширина которых тем меньше, чем больше число интерферирующих пучков. Так, например, если нанести семь слоев, то легко добиться коэффициента отражения Л » 90% в области шириной около 500А. Для получения Л я 99% (такие коэффициенты отражения необходимы в лазерной технике) надо нанести 11—13 слоев.
.7?,%
5.36. Коэффициент отражения 5.37. Схема многослойного по
стекла с заданным многослойным ляризатора
покрытием как функция длины волны
Следует, конечно, учитывать, что подобные интерференционные зеркала отражают в довольно узкой спектральной области, и чем больше коэффициент отражения, тем у же область длин волн АХ, внутри которой реализуется такое значение Л (рис. 5 .36).
При решении различных задач приходится применять те или иные комбинации слоев, отклоняясь от простейшей схемы, изложенной выше. Так, например, условие = X/А заменяется
другими, более сложными соотношениями, получаемыми путем трудоемких расчетов и экспериментальных оценок.
Высокоотражающие диэлектрические слои нашли широкое применение в науке и технике. Достаточно указать, что на использовании таких зеркал базируется цветное телевидение. Упомянем также о поляризаторах света, которые можно изготовить для любой области спектра.
Многослойный поляризатор представляет систему из двух склеенных прямоугольных призм. На гипотенузную грань призмы наносят чередующиеся слои с высоким и низким показателями преломления (рис. 5.37). Свет, падающий на систему слоев под углом Брюстера, разделяется на два пучка — отраженный и проходящий, — поляризованный во взаимно перпендикуляр-
220
ных плоскостях. В отраженном свете интенсивность колебаний светового вектора, перпендикулярных плоскости падения, быстро растет и с увеличением числа слоев приближается к единице (Л± я 1)- Составляющая, расположенная в плоскости падения, уменьшается или исчезает (Л „ = 0).
Мы еще остановимся на значении многослойных диэлектрических слоев при рассмотрении свойств интерферометра Фабри— Перо и интерференционных фильтров (см. § 5.7).
Диэлектрические интерференционные слои обычно получают испарением соответствующих веществ в вакууме или катодным распылением. Это весьма тонкая операция; при которой фотоэлектрически контролируется интенсивность выделенной интерференционной полосы, достигающей экстремального значения при нанесении нового слоя диэлектрика оптической толщины %/А. При массовой обработке оптических деталей эффективным оказывается также химический метод, позволяющий получать очень прочные стойкие диэлектрические слои при последовательном нанесении на стекло дозированных количеств растворов легко гидролизующихся соединений, что и используется для просветления оптики.
