滤波片的增透膜作用及原理分析

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1、-.在日常生活中，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中生中有，而且在大学生中也是存在的。例如，有不少人认为入射光从增透膜的上、下外表反射后形成两列反射光，因为光是以波的形式传播的，这两列反射光干预相消，使整个反射光减弱或消失，从而使透射光增强，透射率增大。然而他们无法理解：反射回来的两列光不管是干预相消还是干预相长，反射光肯定是没有透射过去，因增加了一个反射面，反射回来的光应该是多了，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，而且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

2、含量不甚了解，对它进展清洁时造成许多不必要的损坏。随着人类科学技术的飞速开展，增透膜的应用越来越广泛。因此，本文利用光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，光学元件外表的反射，不仅影响光学元件的通光能量；而且这些反射光还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，通常在光学元件的外表镀上一定厚度的单层或多层膜，目的是为了减小元件外表的反射光，这样的膜叫光学增透膜〔

3、或减反膜〕。 -.word.zl.-.　　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予分析。一般情况下，当光入射在给定的材料的光学元件的外表时，所产生的反射光与透射光能量确定，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。即满足能量守恒定律。当光学元件外表镀膜后，在不考虑膜的吸收及散射等其他因素时，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外表反射光与透射光的能量重新分

4、配，分配的结果是透射光能量增大，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，在两种介质的交界面上将发生反射和折射，把反射光强度与入射光强度的比值叫做反射率。用表示，，和分别表示反射光和入射光的振幅。 　　设入射的光强度为1，那么反射光的强度为，在不考虑吸收及散射情况下，折射光的强度为〔1-ρ〕。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n1的介质射向折射率n2介质，反射率                  〔1〕 -.word.zl.-.　　例如

5、光线由很小的入射角从空气射入折射率为1.8的介质时，那么反射率为 　　假设以入射光的强度为1，那么反射光的强度为0.08，折射光的强度为1-0.08=0.92。 　　在介质外表镀一层增透膜，设空气、薄膜、介质的折射率分别为n1、、n、n2,薄膜厚度为d，如下列图所示： 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  　　薄膜与介质之间的反射率为 -.word.zl.-. 　　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，那么其强度为；光线②入射光线经过空气与薄膜的界面两次折

6、射和薄膜与介质的界面一次反射而形成的，其强度为；光线③是入射光线经过空气与薄膜的界面两次折射、一次反射和薄膜与介质的界面两次反射而形成的，其强度为。如果、、，那么光线①的强度为，光线②的强度为，光线③的强度为，此光束以后反射到空气中的强度将更小。由此可见，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，正好反相时，那么相互抵消，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，几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，并且

7、正好反相，这层薄膜就起到了理想的增透作用。欲使光线①和②振幅相等，即强度相等，那么．由于非常小，非常接近1，所以，只要就可以实现1和2振幅相等。又因  　　所以①和②振幅相等的条件是： -.word.zl.-. 　　化简上式，薄膜的折射率应满足。一般空气折射率n1为1，为玻璃折射率为1．5，那么增透膜的折射率为，所以人们选择增透膜的折射率应等于1．23或接近它。由于折射率小于氟化镁〔折射率为1．38〕的镀膜材料很难找到，所以，现在一般都用氟化镁镀制增透膜。 　　另外，要使光线①和②正好反相，对薄膜的厚度有一定的要求。当光从光疏介质射向光密介质时，

8、反射光有半波损失。对于玻璃上的增透膜，其折射率大小介于玻璃和空气的折射率之间，所以，当光从空气透过薄膜射向玻璃时，光线①在空气与薄膜的交