[物理]005-光的干涉-3-多光束干涉与光学薄膜.ppt

双层膜或多层膜 单层介质膜的功能有限,只能实现一般情况下的减反或增反,镀多层膜就是在基片G上交替地镀上高反射率膜H或低反射率膜L,每层膜的光学厚度均为λo/4,这多层膜称λo/4膜系,膜的最外层用A表示(一般为空气). 处理方法:将片基与相邻介质层用一个等效界面来代替,求出等效界面上的反射系数(类似单层膜的处理),然后再与上一层介质组成新的等效界面,依次类推,直至第一层,此时的反射比即为加多层膜后的结果. 在基片G上镀一层λo/4高反射率光学膜,其反射率为单H层: nI为第一层膜的等效折射率,nH是H膜的折射率,nG是基片的折射率.在高折射率膜上再镀一层低折射率λo/4膜时,反射率变为: 再镀一层高折射率λo/4膜时,反射率(膜材料折射率仍为nH)反射率又变为: 当膜层为偶数(2p)层时,其等效折射率: 依次类推,当膜层为(2p+1)层(奇数)时,其等效折射率: 相应的反射率(膜层为奇数): 相应的反射率(膜层为偶数): 当p较大时,膜系为奇数层时,由于(nH /nL )2p1, nHnG, R2p+1→1; 膜系为偶数层时, (nL /nH )2p1, R2p→1;无论镀膜层为奇数还是偶数,只要增加膜层数,都可起到增加反射率的作用,但镀同样周期,偶数层R较奇数层要小. 结论: (1).要获得高反射率,膜系最外两层均应为高反射率层(H层) ,因此高反射率膜一定是奇数层; (2). λo/4膜系为奇数层时,层数越多,反射率R越大. (3).上述全部结果只对一种波长成立. 由于 λo/4膜系只对某一固定的中心波长而言,当入射光偏离中心波长时,其反射率会相应下降,因此每一种具体的λo/4膜系,只对一定波长范围的光波才有高反射率. 讨论双层膜情况: 双层膜时，p=1 nH=n2 ，nL=n1, nA=n0, 此时起到增透减反的作用. 利用多光束干涉原理制成的一种从白光中过滤出波段较窄的单色光的装置. 干涉滤光片 滤光片按其结构可分为两类： 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． 2. 干涉滤光片 利用多光束干涉原理实现滤光． 1. 吸收滤光片　利用物质对光波的选择性吸收进行滤光的.例如,红、绿玻璃以及各种有色液体等,具体滤光性能可参看有关手册． 常用的干涉滤光片有两种: 一种是全介质干涉滤光片,如图,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． 　　全介质干涉滤光片的两组膜系实际上可以看作为两组高反射膜 H(LH)p-1 和 (LH)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?. 　　这两种滤光片都可以看作是一种间隔很小的法布里—珀罗标准具． 滤光片是只让某一波段范围的光通过,而其余波长的光不能通过,与常用的棱镜式或光栅式单色仪的作用相同.通常,滤光片的性能指标有: 透射率最大的波长． 　中心波长 ?ｃ取决于间隔层的光学厚度，ｎｈ一定，不同的ｍ有不同的?ｃ． 在正入射条件下： 　对于间隔层折射率为n =1.5，厚度为h = 6×10-5cm的干涉滤光片，在可见光区域内有? = 0.6?m(m = 3)和0.45?m(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． 1.中心波长λc 　　它是透过率为最大值一半处的波长范围??1/2，??1/2大者为宽带滤光片，小者为窄带滤光片； 已知条纹的位相半宽度 思路：寻找波长与位相的关系 2. 透射带的波长半宽度 　　Δλ与m和Ｒ有关， m、R 愈大，??1/2愈小，干涉滤光片的输出单色性愈好． 　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 3. 峰值透射率τ 　　 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.但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,对应于中心波长的峰值透射率为: 由于吸收,峰值透射率一般在30％以下． 例1.若以水晶石(n=1.35)作为干涉滤光片的间隔层,试问此间隔层用来滤出波长546.1nm的光时,此间隔层的厚度至少是多少? 解: 在视场中心附近cosθ≈1, 对λ光透射加强 最薄厚度m=1 例2.红外仪器的锗窗口(n=4.00)的两表面都镀上光学厚度为1.25?m的硫化锌(n=2.35)膜层,试问在波长为5?m处光能损失为多少? 解: 在红外锗窗的两