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增透膜的原理和应用
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、下表面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含量不甚了解,对它进行清洁时造成许多不必要的损坏。随着人类科学技术的飞速发展,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。
光学仪器中,光学元件表面的反射,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,通常在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜,目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予分析。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。当光学元件表面镀膜后,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。
随着增透膜的不断开发和研究,光学增透膜的镀膜技术也在不断的发展。光学增透膜的厚度要控制在可见光波长1/4的数量级上,增透膜的均匀度的要求也非常的苛刻。尽管如此,在人们的不懈探索中,还是掌握了不少行之有效、先进的镀膜技术。目前,常用的镀膜方法有真空蒸镀、化学起相沉积、溶胶—凝胶镀膜等方法。三者相比较,溶胶—凝胶镀膜设备简单、能在常温常压下操作、膜层均匀性高、微观结构可控,适于不同形状、尺寸的基片、能通过控制配方、制备工艺得到高激光破坏阈值的光学薄膜,已成为高功率激光薄膜的最具竞争力的制备方法之一。