物理光学与应用光学第二版课件第二章.ppt

　　② 干涉滤光片。 它是利用多光束干涉原理实现滤光的。 　　　 　　前者由于使用的物质有限， 不能制造出在任意波长处、 具有所希望带宽的滤光片， 而后者从原理上讲， 可以制成在任何中心波长处、 有任意带宽的滤光片， 因此在精密测量技术中得到广泛的应用。 在这里， 将根据光学薄膜多光束干涉原理， 讨论法布里—珀罗型干涉滤光片、 红外线滤光片及偏振滤光片。 　　(1) 法布里-珀罗型干涉滤光片　常用的法布里—珀罗干涉滤光片有两种。一种是全介质干涉滤光片，如图2-50所 示，在平板玻璃G上镀两组膜系(HL)p和(LH)p，再加上保护玻璃G′制成。实际上，这两组膜系可以看做为两组高反射膜H(LH)p-1和(HL)p-1H中间夹着一层间隔层LL；另一种是金属膜干涉滤光片，如图2-51所示，在平板玻璃G上镀一层高反射率的银膜S，银膜之上再镀一层介质薄膜F，然后再镀一层高反射率的银膜， 最后加保护玻璃G′。可见，这两种滤光片都可以看做是一种间隔很小的法布里—珀罗标准具，其性能指标如下： 图 2-50　全介质干涉滤光片 图 2-51　金属反射膜干涉滤光片 　　① 滤光片的中心波长。在正入射时，透射光产生极大的条件为 2nh=mλ　　　　m=1, 2, 3, … 由此可得滤光片的中心波长为 (2.4-17) 对于一定的光学厚度nh，λ的数值只取决于m，对应不同的m值，中心波长不同。例如，对于间隔层折射率为n=1.5、厚度为h=6×10-5 cm的干涉滤光片，在可见光区域内有λ=0.6μm (m=3)和0.45μm(m=4)两个中心波长。当间隔层厚度增大时，中心波长的数目就更多些。为了把不需要的中心波长滤去，可附加普通的有色玻璃片(兼作保护玻璃)G和G′。 　　由(2.4-17)式可以求得相邻干涉级(Δm=1)的中心波长差为 (2.4-18) 　　② 透射带的波长半宽度。透射带的波长半宽度Δλ1/2由(2.2-21)式确定， (2.4-19) 或表示为 (2.4-20) 上式表明，m、R愈大，Δλ1/2愈小，干涉滤光片的输出单色性愈好。 　　③ 峰值透射率。　峰值透射率是指对应于透射率最大的中心波长的透射光强与入射光强之比，即 若不考虑滤光片的吸收和表面散射损失，则峰值透射率为1。 实际上，由于高反射膜的吸收和散射会造成光能损失，峰值透射率不可能等于1。特别是金属反射膜滤光片，吸收尤为严重， 由(2.4-3)式可得对应于中心波长的峰值透射率为 (2.4-22) (2.4-21) 由于吸收，峰值透射率一般在30%以下。表2-2列出了几种滤光片的三个主要参数，其中最后一种滤光片的透射率曲线如图2-52所示。 图 2-52　一种典型的多层介质膜干涉滤光片透射率曲线 表 2-2 几种干滤光片的特性 　　(2) 红外线滤光片　在2.3节中，已讨论了多层高反射膜的反射率光谱特性(见图2-31)。图2-53给出了以波长λ为横坐标时的七层膜系透射率光谱曲线，可以看出，膜厚的变化将改变截止带的位置。若取nh=0.130μm，膜系反射可见光而透过红外光。因此，如果在光源的反射镜上镀上这种膜系，就制成了冷光镜。例如，可将其用于电影放映机中，以减少电影胶片的受热和增强银幕上的亮度。理论和实践均已表明，采用两个高反射膜堆中间夹一个过渡层的膜系，可以成为很好的冷光膜，例如，结构为　　　　　　　　　　的膜系。在这个膜系的结构符号中，下脚标1、2、3表示λ1、λ2、λ3三个控制波长，且有λ2=(λ1+λ3)/2，高折射率膜层用ZnS，低折射率膜层用MgF2。当三个波长分别为λ1=0.65μm，λ2=0.565μm，λ3=0.480μm时，该膜系的反射带宽为0.3 μm左右。 图 2-53　膜厚变化对截止带的影响 　　(3) 偏振滤光片　利用多层膜的反射特性还可以作成偏振滤光片。  　　由前面的讨论已知， 在玻璃上镀高折射率薄膜，可以增大反射率，当光束斜入射时，其反射率的大小因p分量和s分量而异，并且在某个入射角上，反射光中的p分量可以变为0。所以，与只有玻璃板时的情况1相同，这种高反膜也可以起偏振元件的作用，但这时的反射率如图2-54所示，比没有薄膜时高得多。如果镀上ZnS+MgF2+ZnS三层膜，则在膜的偏振角上，s分量的剩余反射率可以达到90%，因此是一个很好的偏振元件。若如图2-55(a)所示，将三层膜夹在棱镜中间(在斜面上镀上三层膜，然后胶合起来)，并使光以接近全反射的角度入射，则可得到图2-55(b)所示的带宽为几纳米的透射带，构成一个单色滤光片，并将p分量和s分量分离开来。 图 2-55　单色滤光片 由于光线斜入射照射至三层膜，p分量和s分量在反射时的相位变化不同，形成了图中的两个透射带。为了消除这种偏差，可以用双