《论文_增透膜的原理及应用(定稿)》

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1、增透膜的原理及应用陕西省安塞县安塞高级中学物理教研组贺军摘要: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。本文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。同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。关键词:增透膜;干涉;增透膜材料;镀膜技术1前言在口常生活屮,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屮生屮有,而且在大学牛

2、中也是存在的。例如,有不少人认为入射光从增透膜的上、下表血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火,从而使透射光增强,透射率增大。然而他们无法理解:反射回來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,因增加了一个反射而,反射冋来的光应该是多了,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,而口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其了解,对它进行淸洁时造成许多不必耍的损坏。随着人类科学技术的飞速发展,増透膜的应用越来越广泛。因此,本文利用光

3、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。2增透原理2.1定性分析光学仪器中,光学沅件表血的反射,不仅影响光学元件的通光能量;而且这些反射光述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而镀上一定厚度的单层或多层膜,H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了分析。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

4、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。即满足能量导恒定律。当光学元件表而镀膜后,在不考虑膜的吸收及散射等其他因索吋,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人,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。2.2定量描述光从一种介质反射到另一种介质时,在两种介质的交界曲上将发

5、主反射和折射,把反射光强度与入射光强度的比值叫做反射率。用Q表示,,虫和虫分别表示反射光和入射光的振幅。设入射的光强度为1,则反射光的强度为Q,在不考虑吸收及散射情况下,折射光的强度为(1-p)。根据菲涅尔公式和折射定律可知:当入射角很小时,光从折射率m的介质射向折射率山介质,反射率为国例如光线由很小的入射角从空气射入折射率为1.8的介质时,则反射率为=008=8%11.8+1丿若以入射光的强度为1,则反射光的强度为0.08,折射光的强度为1-0.08=0.92o在介质表面镀一层增透膜,设空气、薄膜、介质的折射率分别为m、、n、g薄膜厚度为d,如下图所示:

6、图1光在单层膜中反射的示意图在入射角很小的情况下,空气与薄膜之间的反射率为(X2P-~~—,I刑+总1丿薄膜与介质之间的反射率为A=-T-I色+刃丿如果把入射光线的强度仍设为1,光线①是入射光线经过空气与薄膜的界面一次反射形成的,则其强度为口;光线②入射光线经过空气与薄膜的界而两次折射和薄膜与介质的界而一次反射而形成的,其强度为(1一°)Pi.光线③是入射光线经过空气与薄膜的界而两次折射、一次反射和薄膜与介质的界而两次反射而形成的,其强度为°一R)卩孟。女採®=1、®=134、®=1<8,则光线①的强度为0021,光线②的强度为°°20,光线③的强度为

7、00000088,此光束以后反射到空气中的强度将更小。山此可见,返回空气中的光线主要是①和②,而其它的光线强度非常小可以略去不计。那么,只要光线①和②满足振幅相等,止好反相时,则和互抵消,整个系统的反射光能量接近零。根据增透膜增透过程中能量守恒,透射过去的光能量得到了增强,儿乎使全部光透射过去。通过上面的分析我们知道,只要使光线①和②的振幅相等,并H.正好反相,这层薄膜就起到了理想的22增透作川。欲使光线①和②振幅相等,即强度相等,则(1—Q1)P厂p・由于Q1非常小,(1—Q1)非常接近1,所以,只要就可以实现1和2振幅相等。又因SY所以①和②振幅相等

8、的条件是:化简上式,薄膜的折射率应满足一般空气折射率m为1,"2为

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