“增透膜＂增透作用的理论解释.PDF

维普资讯 第26卷 第 3期 临沂 师 范 学 院学 报 2004年 6月 Vo1．26No．3 JournalofLinyiTeachersCollege Jun．2004 “增透膜增透作用的理论解释 张彦亮 (山东科技大学基础部，山东 青岛266510) 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(增透膜)．研究表明，许多学生对增透膜的增透原理存在错误理解，本文利用电 动力学方面的知识分析增透膜增加透射的原理，并给出了单层薄膜增加透射的条件． 关键词 ：增透膜；干涉；半波损失 中图分类号：0484 文献标识码：A 文章编号：1009--6051(2004)o3一o044一o3 1 问题的提出 在教学实践中，我们发现学生对光学增透膜的理解十分的肤浅，存在着一些错误的观点．这些错误 理解不仅在高中生中有，而且在大学本科生，甚至在研究生中也同样存在．例如，我们对大学物理系三年 级学生的调查表明，大约有8O 同学认为增透膜的作用在于光射向它时，在膜的上下表面反射后，由于 受相消条件的限制，重新折入光学器件；约有 1O 的同学存在这样的疑惑，既然光从前后表面反射，相 互抵消，那么光总要从前后表面反射出来，也就是不透过去，这样的话，应该说增透膜不仅不能增透，因 为增加了一个反射面，故要进一步减弱光的透射率．本文试利用电动力学方面的知识，对光学增透膜的 增透机理作出解释． 2 理论解释 在光学器件中，为了减少在光学元件(透镜、棱镜)表面上的反射损失，可在其表面上镀上一层薄膜， 利用薄膜的干涉相消来减少反射光．其实质是作为电磁波的光波在传播的过程中，在不同介质的分界面 上，由于边界条件的不同，改变了其能量的分布．即在加了一层增透膜后，由于边界条件的改变，因此光 的反射与透射的能量分配也发生了改变．一些教材对该问题也作过理论推导，找出增透膜增加透射光的 条件，例如赵凯华等编的《光学》上册课本中在讲完多光束干涉后将该问题列为一个习题．GR福尔斯 著 《现代光学导论》中也利用矩阵求解了该问题，下面我们利用电动力学方面的知识来推导一下该问题， 求出反射光全部相消的条件，即入射光全部透射过去的条件： 设薄膜厚度为d，处于介质 1与介质2之间，由于除铁磁介质外，其他物质的磁导率基本相同，因此 设 3种介质的磁导率都为 ，3种物质的电容率分别为e，e，e。；介质1、薄膜、介质2的折射率分别为靠， 张，z，且薄膜介质为无损耗介质．为了计算方便，设入射光为线性的单色平面波且正入射到介质与薄膜 的交界面 I，以交界面 I为z—Y面．入射光波的行进方向为 轴方向，入射波的电场晶沿X轴方向， 磁场H 沿y轴，则入射波可以写作 E1一Re[E1oeiIt--at] 1 广 r- 1 ，1、 H1一Rel√ E0 lr lI … J J 式中 k一∞ ，z≤0． 电磁波入射到介质薄膜里后，又会在交界面 Ⅱ上产生反射波，反射波又在界面 I产生反射，如此 收稿 日期：2004-03-08 作者筒介：张彦亮(1976一)，男，山东临沂人，山东科技大学助教，硕士，主要从事大学物理教学研究． 44 维普资讯 第 3期 张彦亮：“增透膜”增透作用的理论解释 卜去，在溥膜层中，便有无穷多个向左，向右进行的电磁波，将向右进行的波写成