Просветленная оптика. Чему равна толщина пленки просветляющей оптики


Просветление оптики — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Просветле́ние о́птики — это нанесение на поверхность линз, граничащих с воздухом, тончайшей плёнки или нескольких слоёв плёнок один поверх другого. Это позволяет увеличить светопропускание оптической системы и повысить контрастность изображения за счёт подавления бликов. Величи́ны показателей преломления чередуются по величине и подбираются таким образом, чтобы за счёт интерференции уменьшить (или совсем устранить) нежелательное отражение.

Объективы с многослойным просветлением, покрытие линз имеет характерный внешний вид

Просветлённые объективы обычно требуют бережного обращения, так как тончайшие плёнки просветления на линзах легко повредить. Плёнки загрязнения на поверхности просветляющего покрытия (жир, масло), нарушают условия его работы и снижают его эффективность, увеличивая отражение и рассеяние света. Кроме того, загрязнения (в том числе и отпечатки пальцев) со временем могут привести к эрозии просветляющего покрытия. Современные просветляющие покрытия обычно имеют защитный наружный слой, что делает их более стойкими к воздействию окружающей среды.

Просветляющие покрытия отличаются:

  • по числу слоёв;
  • методами нанесения: травлением, осаждением из раствора, напылением в вакуумных установках…;
  • составу: обычно это соли и оксиды разных химических элементов.

Исторически первым был метод травления, при котором на поверхности стекла образовывалась плёнка из кремнезёма.

ru.wikipedia.org

Просветление оптики - Учебные материалы - Учебные - Каталог статей

Применения интерференции

        Для начала два маленьких вопроса для активации восприятия:

        - вы видели стопку оконных стёкол?

        - вы видели объективы фотоаппаратов?

Если нет, то зайдите в кабинет физики и спросите. А если да то вспомните, много ли видно сквозь пять - семь сложенных стёкол? Какого цвета поверхность объектива?

Лучи света, проходя из воздуха в стекло преломляются, но частично претерпевают и отражение (~ 10%) от внешней поверхности и от внутренней (~ 5%), потом ещё и ещё, но остальные потери энергии ничтожны и их можно не рассматривать. На это отражение от каждой поверхности тратится значительная часть энергии, что делает непрозрачными и стопку стёкол и сложные оптические системы. Но если с обычными стёклами это не так страшно, то с оптикой надо что-то делать. Для этого и придумано просветление оптики. (Нанесение просветляющих покрытий)

        Материал из Википедии — свободной энциклопедии

{

Просветле́ние о́птики — это нанесение на поверхность линз, граничащих с воздухом, тончайшей плёнки или нескольких плёнок одна поверх другой. Это необходимо для увеличения светопропускания оптической системы.

рис 1

Толщина просветляющего слоя (например, кремниевой кислоты) равняется 1/4 длины световой волны. В этом случае лучи,отражённые от её наружной и внутренней сторон, погасятся вследствие интерференции и их интенсивность станет равной нулю.

Наиболее подходящим материалом для просветляющей пленки является фторид бария.

В первых просветлённых объективах добивались понижения коэффициента отражения для лучей зелёного участка спектра (555 нм — область наибольшей чувствительности человеческого глаза), поэтому на отражение, стекла таких объективов имели сине-фиолетовую или голубовато-зелёную окраску («голубая оптика»). Напротив, пропускание света таким объективом максимально на этой длине волны, что приводило к заметному окрашиванию изображения.

}

 

Условие минимума интерференции для падающего и отражённого лучей: (формула 1)

 где d - толщина плёнки, n - показатель преломления вещества плёнки. Из этого выражения получается:

(формула 2)

Кстати, для максимального эффекта, показатель преломления плёнки должен быть равен:

 (формула 3)

рис 2 - просветляющее покрытие.

рис 3- объектив с просветляющим покрытием.

Материалы:

wikipedia.org (Просветление оптики - рис. 1, 2)

Иллюстрированный атлас по физике 11 класс. В. А. Касьянов (рис. 3)

Вопросы и задачи:

1) К какой длине волны наиболее чувствителен человеческий глаз? Какова скорость распространения этой волны в воздухе?

2) Какова должна быть толщина плёнки, что бы она стала просветляющей для длин волн 600 мкм?

3) Почему объективы  фотоаппаратов как правило отливают фиолетовым светом?

4) Каков смысл абсолютного показателя преломления в формуле 1?

5) Что изменится во внешнем виде стопки оконных стёкол, если все они будут покрыты просветляющими покрытиями?

ph-k210.ucoz.ru

34. Просветление оптики

Просветление оптики - нанесение на поверхность линз, граничащих с воздухом, тончайшей плёнки или нескольких плёнок одна поверх другой. Это необходимо для увеличения светопропускания оптической системы. Показатель преломления таких плёнок меньше показателя преломления стёкол линз.

Просветляющие плёнки уменьшают светорассеяние и отражение падающего света от поверхности оптического элемента, соответственно улучшая светопропускание системы и контраст оптического изображения. Просветлённый объектив требует бережного обращения, так как плёнки, нанесенные на поверхность линз, легко повредить. Кроме того, тончайшие пленки загрязнений (жир, масло) на поверхности просветляющего покрытия нарушают его работу и резко увеличивают отражение света от загрязненной поверхности. Следует помнить, что следы пальцев со временем разрушают не только просветление, но и поверхность самого стекла. По методике нанесения и составу просветляющего покрытия просветление бывает физическим (напыление) и химическим (травление).

Однослойное просветление

(Интерференция в четверть-волновом противобликовом покрытии)

Толщина просветляющего слоя (например, кремниевой кислоты) равняется 1/4 длины световой волны. В этом случае лучи, отражённые от её наружной и внутренней сторон, погасятся вследствие интерференции и их интенсивность станет равной нулю. Для наилучшего эффекта показатель преломления просветляющей плёнки должен равняться квадратному корню показателя преломления оптического стекла линзы. Наиболее подходящим материалом для просветляющей пленки является фторид бария, обладающий весьма низким (n=1,38) показателем преломления. Однако, фторид бария растворим в воде и требует нанесения защитного покрытия.

Отражательная способность стекла, просветленного таким способом, сильно зависит от длины волны, что является основным недостатком однослойного просветления. Минимум отражательной способности соответствует длине волны λ=4d·n, где d — толщина пленки, n — ее показатель преломления, В первых просветлённых объективах добивались понижения коэффициента отражения для лучей зелёного участка спектра (555 нм — область наибольшей чувствительности человеческого глаза), поэтому на отражение, стекла таких объективов имели сине-фиолетовую или голубовато-зелёную окраску («голубая оптика»). Напротив, пропускание света таким объективом максимально на этой длине волны, что приводило к заметному окрашиванию изображения.

В настоящее время однослойное просветление часто используется для лазерной оптики, рассчитанной на работу в узком спектральном диапазоне. Используя стекла с относительно высоким показателем преломления и напыляя пленку фторида бария, удается добиться минимальной отражающей способности около 1 %. Главным преимуществом такого просветления является его дешевизна.

Многослойное просветление

(Объектив с многослойным просветлением)

Многослойное просветляющее покрытие представляет собой последовательность чередующихся слоев (их число достигает 15 и более) из двух (или более) материалов с различными показателями преломления. Многослойные просветляющие покрытия характеризуются низкими потерями на отражение (узкополосные покрытия для лазерной оптики с отражательной способностью около 0,3 % и менее, широкополосные — до 0,5 %). Основное преимущество многослойного просветления применительно к фотографической и наблюдательной оптике — незначительная зависимость отражательной способности от длины волны в пределах видимого спектра (на графике отражательной способности от длины волны наблюдаются два и более минимума, разделенных небольшими максимумами, а за пределами рабочей полосы наблюдается сильный рост отражательной способности), что существенно уменьшает искажения цвета. Отражения от поверхности линз с многослойным просветлением в зависимости от качества имеют различные оттенки зеленого и фиолетового цвета, вплоть до очень слабых серо-зеленоватых у объективов последних годов выпуска. Оптика с многослойным просветлением ранее маркировалась буквами МС (например, МС Мир-47М 2,5/20). В настоящее время специальное обозначение многослойного просветления встречается редко, так как его использование стало стандартом. Иногда встречаются «фирменные» обозначения особых его разновидностей SMC (Pentax), Super Integrated Coating, Nano (Nikon) и другие. В состав многослойного просветляющего покрытия, помимо собственно просветляющих слоев, обычно входят вспомогательные слои — улучшающие сцепление со стеклом, защитные, гидрофобные и др.

studfiles.net

Просветленная оптика

При прохождении световой волны через линзы на каждой из поверхностей линзы световой поток частично отражается. В сложных оптических системах, где много линз или призм проходящий световой поток значительно уменьшается, кроме того, появляются блики. В перископах подводных лодок отражается до 50% входящего в них света. Для устранения этих дефектов оптических систем применяется прием, который называется просветлением оптики. Сущность приема заключается в том, что оптические поверхности покрываются тонкими пленками, создающими интерференционные явления. В просветленной оптике для устранения отражения света на каждую свободную поверхность линзы наносится тонкая пленка вещества с показателем преломления иным, чем у линзы. Толщина пленки подбирается так, чтобы волны отраженные от обеих ее поверхностей, погашали друг друга. Особенно хороший результат достигается в том случае, когда показатель преломления пленки удовлетворяет условию

(7.7)

Где nпл- показатель преломления пленки, который должен быть меньше показателя преломления линзы, - показатель преломления среды, в которой находится оптическая система, - показатель преломления линзы.

Соотношение (7.7) показывает, что диэлектрическая пленка, нанесенная на линзу, должна иметь показатель преломления меньше показателя преломления линзы и больше показателя преломления среды, в этом случае теряется половина длины волны на нижней и верхней отражающей поверхности. Разность хода отраженных световых волн от верхней поверхности пленки и от линзы определяется

,

для нормально падающих лучей

Назначение пленки заключается в гашении отраженного света, поэтому должно выполняться условие минимума

Отсюда определяем толщину просветляющей пленки

(7.8)

Условие (7.8) предъявляет очень жесткие условия к толщине просветляющей пленки, так как если она будет равна

, то присутствие покровного слоя наоборот увеличит коэффициент отражения света.

При соблюдении условий (7.7) и (7.8) отражение света не происходит, и световой поток проходит сквозь оптическую поверхность без потерь.

Толщина просветляющей пленки, найденная по формуле (7.8) будет действительна лишь для вполне определенной длины волны, а белый свет содержит все длины волн видимого диапазона. Однако, при m=0

можно подобрать однослойные пленки, оказывающие хорошее просветляющее действие почти на весь видимый участок спектра. Обычно просветление проводят для средней ( желто-зеленой) области видимого света, подбирая такой диэлектрик, показатель преломления которого удовлетворяет условию (7.7). Для краев видимого спектра ( красный и фиолетовый свет) коэффициент отражения заметно отличается от нуля. Именно поэтому просветленные объективы кажутся в отраженном свете пурпурными, что соответствует смешению красного и фиолетового цветов. Для того, чтобы не происходило отражение света от оптических поверхностей в широком диапазоне длин волн и углов падения, применяются многослойные просветляющие покрытия.

Просветляющее покрытие образуется на поверхности линзы путем ее химической обработки (протравление в кислоте) или путем нанесения пленок фторидов при испарении в вакууме.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Просветление оптики объективов. | ДРУГ ФОТОАППАРАТ

С рассмотренным ранее вопросом светосилы объектива связано просветление линз объектива.

Оптические поверхности, в том числе линзы, не только пропускают свет, но и частично отражают. Так при нормальном падении лучей (перпендикулярно к оптической поверхности) на границе воздух и оптическая поверхность отражения в видимой области спектра (при длине волны света λ=400 — 700 нм) могут составлять до 10%. А в сложных объективах, имеющих значительное число поверхностей, потери света могут составлять 70% и более. Следует добавить также, что многократное отражение от поверхностей внутри объектива приводит к появлению рассеянного света, который попадает на светоприемник и приводит к ухудшению качества изображения.

Особенно заметно поглощение света стеклом в коротковолновой области спектра ( для синих и фиолетовых лучей), причем оно тем сильнее, чем больше суммарная толщина линз. Это поглощение зависит и от типа оптического стекла.

Величина относительного отверстия объектива, рассчитанная по геометрическим параметрам оптической системы, не учитывает потери света в объективе. Поэтому сравнение светосилы разных объективов по оптическим системам или другим характеристикам путем сопоставления их относительных отверстий является неточным.

Для борьбы с этим явлением служит просветление оптики.

Просветление оптики основано на следующем явлении физической оптики.

Если на оптическую поверхность нанести тонкую прозрачную пленку из другого материала с другим коэффициентом преломления, то свет, падающий на оптическую поверхность отражается уже от двух поверхностей. Яркость отраженных лучей будет не просто суммироваться а складываться по законам волновой механики. Это явление называется интерференцией света. При этом если отраженные волны света будут совпадать по фазе, т. е. максимум одной волны совпадет с максимумом другой, то яркости их сложатся, и отраженный свет усилится, но если отраженные волны окажутся в противофазе, т. е. максимум одной волны совпадет с максимум другой, но имеющим противоположное направление (см. рис.1), тогда при их сложении яркости вычтутся, и при их равенстве получится нулевая яркость или близкая к нулю.

Рис.1.

Условием погашения отраженных лучей является соотношение коэффициентов отражения стекла линзы и просветляющей пленки и толщины пленки, при которых толщина пленки равна четверти длины волны падающего света ( а точнее равна нечетному количеству четвертей длины волны). Соотношение коэффициентов преломления пленки и стекла должны удовлетворять условию: n12 = n0  • ns , где  n0  и   ns  — коэффициенты преломления оптических сред, граничащих с пленкой, чаще всего  n0   –   коэффициент преломления воздуха,  см. рис.1. Отраженный свет ослабляется тем сильнее, чем больше разность: ns – n0 . Если n0  >  ns  , то отраженный свет наоборот усилится.

Путем подбора толщины и материала нанесенной на линзу пленки можно смещать минимум отражения в разные области спектра света.

Так в черно-белой фотографии применяют объективы с минимальным отражением в желтой части спектра ( λ = 555 нм ), в которой чувствительность человеческого глаза является наибольшей. Поверхность таких объективов в отраженном свете имеет пурпурный оттенок (так называемая голубая оптика).

Рис.2. Просветленный объектив.

Для цветной фотографии добиваются минимального отражения в голубой области спектра, в отраженном свете поверхность такого объектива выглядит янтарной. Янтарное просветление применяется для светосильных объективов с линзами большой толщины, изготовленных из сильно преломляющих стекол, в том числе лантановых (рис.3).

Рис.3.

При просветлении оптики происходит заметное увеличение освещенности изображения, следовательно увеличение светосилы объектива.

Просветление оптики  не только снижает потери света, но и положительно сказывается на качестве изображения, в частности на частотно-контрастных характеристиках объектива, т. е. улучшает контрастность изображения, а также повышает разрешающую силу.

Для фотолюбителей необходимо обратить внимание на то, что пленка, нанесенная на внешнюю поверхность линзы объектива – тонкая и требует аккуратного обращения. Нельзя объектив протирать тряпочкой, даже чистой. Допускается только смахивание пыли чистой беличьей кисточкой, легким прикосновением или сдувать пыль с помощью груши. Промывать объектив спиртом также не рекомендуется, спирт оставляет белые следы.

Аккуратное обращение с оптикой — залог хорошего качества изображения.

Дорогие друзья, если вам показался интересным приведенный материал, не сочтите за труд поделиться с друзьями в социальных сетях, поставить g+1, ретвит.

А на закуску вам ролик с мудрыми мыслями Омара Хайяма:

 

Поделиться в соц. сетях

Об авторе

Я живу в г Новосибирске. Образование высшее - НГТУ, физикотехнический факультет. В настоящее время на пенсии. Семья: жена, две дочери, две внучки. Работал в последнее время в электронной промышленности в ОКБ по разработке и производству приборов ночного видения. Люблю музыку- классику, джаз, оперу, балет. Главное увлечение - любительская фотография.

makal47.ru

Просветление оптики — WiKi

Просветле́ние о́птики — это нанесение на поверхность линз, граничащих с воздухом, тончайшей плёнки или нескольких слоёв плёнок один поверх другого. Это позволяет увеличить светопропускание оптической системы и повысить контрастность изображения за счёт подавления бликов. Величи́ны показателей преломления чередуются по величине и подбираются таким образом, чтобы за счёт интерференции уменьшить (или совсем устранить) нежелательное отражение.

Объективы с многослойным просветлением, покрытие линз имеет характерный внешний вид

Просветлённые объективы обычно требуют бережного обращения, так как тончайшие плёнки просветления на линзах легко повредить. Плёнки загрязнения на поверхности просветляющего покрытия (жир, масло), нарушают условия его работы и снижают его эффективность, увеличивая отражение и рассеяние света. Кроме того, загрязнения (в том числе и отпечатки пальцев) со временем могут привести к эрозии просветляющего покрытия. Современные просветляющие покрытия обычно имеют защитный наружный слой, что делает их более стойкими к воздействию окружающей среды.

Просветляющие покрытия отличаются:

  • по числу слоёв;
  • методами нанесения: травлением, осаждением из раствора, напылением в вакуумных установках…;
  • составу: обычно это соли и оксиды разных химических элементов.

Исторически первым был метод травления, при котором на поверхности стекла образовывалась плёнка из кремнезёма.

История

Эффект «просветления» оптики в результате естественного старения стекла был обнаружен случайно и независимо друг от друга фотографами в разных странах уже в начале XX-века. Было замечено, что объективы, находящиеся в эксплуатации несколько лет давали более четкое и контрастное изображение по сравнению с совершенно новыми аналогичных моделей. Теоретическое объяснение этому факту было найдено несколько позже — в начале 1920-х годов, опять таки, независимо друг от друга советскими, немецкими и американскими оптиками. Было установлено, что оптическое стекло некоторых сортов при контакте с влажным воздухом склонно к образованию на поверхности тонкой пленки окислов металлов, соли которых легируют стекло. Явление «просветления» было объяснено интерференцией света в тонких пленках. Достаточно быстро началось внедрение данного эффекта в производство линз. Первые технологии просветления фактически воспроизводили процесс естественного старения поверхности стекла путем травления. В Государственном оптическом институте был предложен и другой процесс - окисление продуктами сгорания этилена при избытке кислорода. Просветленные поверхности таких линз были чрезвычайно устойчивы к износу и действию воды. Для полевых биноклей и очковых линз подобная технология применялась до 1980-х годов. По мере развития технологий вакуумного напыления просветляющую пленку стали наносить как покрытие (в англоязычных источниках появился термин «Coated Lens»). Сначала это были неорганические материалы, но с 1970-х годов стали применяться органические пленки на основе высокомолекулярных соединений. Просветляющие покрытия стало возможно наносить в несколько слоев, повышая эффективность просветления не только в одном диапазоне длин волн, но и в широком спектре, что особенно актуально для цветной фотографии/киносъемки/видео. В СССР объективы с многослойным просветлением имели в обозначении буквы «МС» (например объектив «МС-Гелиос-44М»), в англоязычных источниках встречалась аналогичная аббревиатура «MC» на латинице (Multilayer Coating).

Применение

Просветление оптики (или антибликовое покрытие) применяется во многих областях, где свет проходит через оптический элемент и требуется снизить потери интенсивности или устранить отражение. Наиболее распространёнными случаями являются линзы очков и объективы камер.

Корректирующие линзы

Антибликовое покрытие наносится на линзы очков, поскольку отсутствие бликов улучшает внешний вид и снижает нагрузку на глаза. Последнее особенно заметно при вождении автомобиля в тёмное время суток и при работе за компьютером. Кроме того, большее количество света, проходящего через линзу, повышает остроту зрения. Часто антибликовое покрытие линз сочетается с другими видами покрытий, например, защищающих от воды или жира.

Камеры

Просветлёнными линзами снабжаются фото- и видеокамеры. За счёт этого увеличивается светопропускание оптической системы и повышается контраст изображения за счёт подавления бликов, однако в отличие от очков объектив состоит из нескольких линз.

Фотолитография

Антибликовые покрытия часто используется в фотолитографии для улучшения качества изображения за счёт устранения отражений от поверхности подложки. Покрытие может наноситься как под фоторезист, так и поверх него, и позволяет уменьшить стоячие волны, интерференцию в тонких плёнках и зеркальное отражение[1][2].

Однослойное просветление

  Интерференция в четвертьволновом противобликовом покрытии

Толщина одиночного просветляющего слоя (например, фторида магния) должна быть равна или кратна 1/4 длины световой волны. В этом случае лучи, отражённые от её наружной поверхности плёнки и от поверхности раздела плёнка-стекло отразятся в противофазе и при равных амплитудах отражения погасятся вследствие интерференции — интенсивность отражения станет равной нулю.

Для наилучшего эффекта (уравнивания амплитуд отражённого света от двух поверхностей) показатель преломления просветляющей плёнки n1{\displaystyle n_{1}}  должен быть:

n1=n0⋅ns,{\displaystyle n_{1}={\sqrt {n_{0}\cdot n_{s}}},} где n0,ns{\displaystyle n_{0},n_{s}}  — показатели преломления сред, разделённых просветляющей плёнкой.

Обычно внешняя среда для стекла — воздух по показателем преломления очень близким к 1 и показатель преломления просветляющей плёнки должен быть равен квадратному корню показателя преломления оптического стекла линзы.

Традиционным материалом для просветляющей плёнки является фторид магния, обладающий относительно низким (n=1,38){\displaystyle (n=1_{,}38)}  показателем преломления. При просветлении фторидом магния кронового стекла с показателем преломления 1,57 слой фторида магния может снизить коэффициент отражения с примерно 4 % до 2 %. На более преломляющем флинтовом стекле с показателем преломления около 1,9 плёнка фторида магния может уменьшить отражение практически до нуля.

Но отражательная способность стекла, просветлённого таким способом, сильно зависит от длины волны, что является основным недостатком однослойного просветления. Минимум отражательной способности соответствует длине волны λ=4d×n{\displaystyle \lambda =4d\times n} , где d{\displaystyle d}  — толщина плёнки, n{\displaystyle n}  — её показатель преломления, В первых просветлённых объективах добивались понижения коэффициента отражения для лучей зелёного участка спектра (555 нм — область наибольшей чувствительности человеческого глаза), поэтому блики от стёкла таких объективов имеют пурпурную или голубовато-синюю окраску («голубая оптика»). Соответственно, пропускание света таким объективом максимально для зелёного участка спектра, что приводит к некоторой ошибке в цветопередаче цветных изображений.

В настоящее время однослойное просветление (главное его преимущество — дешевизна) используется в недорогих оптических системах и в лазерной оптике, предназначенной для работы в узком спектральном диапазоне.

Двухслойное просветление

Состоит из двух просветляющих слоёв, наружный - с меньшим коэффициентом преломления. Имеет лучшие характеристики, чем однослойное.

Многослойное просветление

Многослойное просветляющее покрытие представляет собой последовательность из не менее чем трёх чередующихся слоёв материалов с различными показателями преломления. Раннее считалось, что для видимой области спектра достаточно 3-4 слоёв. Современные многослойные просветляющие покрытия практически всех изготовителей имеют 6-8 слоёв и характеризуются низкими потерями на отражение во всей видимой области спектра. Основное преимущество многослойного просветления применительно к фотографической и наблюдательной оптике — незначительная зависимость отражательной способности от длины волны в пределах видимого спектра.

Отражения от поверхности линз с многослойным просветлением, вызванные отражением на спектральных границах просветлённой области, имеют различные оттенки зелёного и фиолетового цвета, вплоть до очень слабых серо-зеленоватых у объективов последних годов выпуска. Но это не есть показатель качества просветляющей системы.

Оптика с многослойным просветлением ранее маркировалась буквами МС - МногоСлойное, MultiCoating (например, МС Мир-47М 2,5/20) Как правило, аббревиатура "МС" подразумевала трёхслойное просветление. В настоящее время специальное обозначение многослойного просветления встречается редко, так как его использование стало стандартом. Иногда встречаются «фирменные» обозначения особых его разновидностей SMC (Super Multi Coating, Pentax), HMC (Hyper Multi Coating, Hoya), MRC (Multi-Resistant Coating, B+W), SSC (Super Spectra Coating, Canon), SIC (Super Integrated Coating), Nano (Nikon), EBC (Electron Beam Coating, Fujinon/Fujifilm), T* (Zeiss), "мультипросветление" (Leica), "ахроматическое покрытие" (Minolta), и другие.

В состав многослойного просветляющего покрытия, помимо собственно просветляющих слоёв, обычно входят вспомогательные слои — улучшающие сцепление со стеклом, защитные, гидрофобные и др.

Инфракрасная оптика

Некоторые оптические материалы, используемые в инфракрасном диапазоне, имеют очень большой показатель преломления. Например, у германия показатель преломления близок к 4,1. Такие материалы требуют обязательного просветления.

Текстурированные покрытия

Добиться уменьшения отражения можно с помощью текстурирования поверхности, то есть создания на ней массива из конусообразных рассеивателей или двумерных канавок размерами порядка половины длины волны. Такой способ был впервые обнаружен при изучении структуры глаза некоторых видов мотыльков. Наружная поверхность роговицы глаза таких мотыльков, играющая роль линзы, покрыта сетью конусообразных пупырышек, называемых роговичными сосками, обычно высотой не больше 300 нм и примерно таким же расстоянием между ними. Поскольку длина волны видимого света больше размера пупырышек, их оптические свойства могут описываться с помощью приближения эффективной среды. Согласно этому приближению, свет распространяется через них так же, как если бы он распространялся через среду с непрерывно меняющейся эффективной диэлектрической проницаемостью. Это в свою очередь приводит к уменьшению коэффициента отражения, что позволяет мотылькам хорошо видеть в темноте, а также оставаться незамеченными для хищников вследствие уменьшения отражательной способности глаз.

Текстурированная поверхность обладает антиотражающими свойствами и в коротковолновом пределе, при длинах волн, много меньших характерного размера текстуры. Это связано с тем, что лучи, первоначально отразившиеся от текстурированной поверхности, имеют шанс всё же проникнуть в среду при последующих переотражениях. При этом текстурирование поверхности создаёт условия, при которых прошедший луч может отклониться от нормали, что ведет к эффекту запутывания прошедшего света (англ. — light trapping), используемому, например, в солнечных элементах.

В длинноволновом пределе (длины волны больше размера текстуры) для расчёта отражения можно использовать приближение эффективной среды, в коротковолновом пределе (длины волны меньше размера текстуры) для расчёта отражения можно использовать метод трассировки лучей.

В случае, когда длина волны сопоставима с размером текстуры, отражение можно рассчитать только путём численного решения уравнений Максвелла.

Антиотражающие свойства текстурированных покрытий хорошо изучены в литературе для широкого диапазона длин волн[3][4].

См. также

Источники

Литература

  • Яштолд-Говорко В. А. Фотосъёмка и обработка. Съёмка, формулы, термины, рецепты. — 4-е, сокр.. — М.: Искусство, 1977.
  • Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. — 2, доп.и испр.. — М.: Наука, 1973. — 343 с.

ru-wiki.org

Просветление оптики - Физическая энциклопедия

ПРОСВЕТЛЕНИЕ ОПТИКИ - уменьшение отражения коэффициентов поверхностей оптич. деталей путём нанесения на них непоглощающих плёнок, толщина к-рых соизмерима с длиной волны оптич. излучения. Без просветляющих плёнок, даже при нормальном падении лучей, потери на отражение света могут составлять до 10% от интенсивности падающего излучения. В оптич. системах с большим числом поверхностей (напр., в объективах) потери света могут достигать 70% и более. Многократное отражение от преломляющих поверхностей приводит к появлению внутри приборов рассеянного света, что ухудшает качество изображений, формируемых оптич. системами приборов. Эти нежелательные явления устраняются с помощью П. о., что является одним из важнейших применений оптики тонких слоев.

П. о.- результат интерференции света, отражаемого от передних и задних границ просветляющих плёнок; она приводит к взаимному "гашению" отражённых световых волн и, следовательно, к усилению интенсивности проходящего света. При углах падения, близких к нормальному, эффект П. о. максимален, если толщина тонкой плёнки равна нечётному числу четвертей длины световой волны в материале плёнки, а преломления показатель (ПП) плёнки n2 удовлетворяет равенству , где п1 и п3 - ПП сред, граничащих с плёнкой(часто первой средой является воздух). Отражённый свет ослабляется тем сильнее, чем больше разность п3 - n2; если же n2 > п3, то интерференция отражённых от границ плёнки лучей, напротив, усилит интенсивность отражённого света (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость коэффициента отражения R от зыраженной в долях световой волны l толщины тонкого слоя, нанесённого на подложку из стекла, для различных значений показателя преломления слоя п2. Показатель преломления стекла n3 = 1,52, n1 = 1 (воздух).

Изменяя толщину просветляющей плёнки, можно сместить минимум отражения в разл. участки спектра.

Для деталей из стекла с низким ПП П. о. однослойными плёнками недостаточно эффективно. Применение двухслойных просветляющих плёнок позволяет почти полностью устранить отражение света от поверхности детали-подложки независимо от её ПП, но лишь в узкой области спектра. Трёхслойные просветляющие плёнки дают возможность получить равномерно низкое (0,5%) отражение в широкой спектральной области, напр. во всём видимом диапазоне (рис. 2). Двух- и трёхслойные покрытия используют для П. о., работающей в УФ-области, где из-за низкого значения однослойные покрытия малоэффективны. Наилучшее П. о. в широкой области спектра может быть достигнуто с помощью неоднородных просветляющих плёнок, значение ПП к-рых плавно меняется от n подложки до h окружающей среды. В практически получаемых неоднородных плёнках n меняется ступенчато; ширина спектральной области с низким отражением увеличивается с возрастанием числа "ступенек", приближающим характер изменения ПП к плавному.

Рис. 2. Зависимости в диапазоне видимого света (400-700 нм) коэффициентов отражения R поверхности стекла с п3 = 1,52 от длины волны света l: 1 - для непросветлённой поверхности; 2 - для поверхности с однослойной про-светляющей плёнкой, показатель преломления которой nt = 1,40; 3 - то же при n2 = 1,23; 4 - для поверхности с трёхслойной просветляющей плёнкой.

Лит. см. при ст. Оптика тонких слоев. Л. Н. Капорский.

      Предметный указатель      >>   

www.femto.com.ua


Sititreid | Все права защищены © 2018 | Карта сайта