滤波片的增透膜作用及原理分析.docxVIP

. 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。 增透原理 2． 1 定性分析 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；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，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，透膜（或减反膜）。  而且这些反射光还通常在光学元件的这样的膜叫光学增 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。 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，则反射光的强度为 ，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） 例 如 光 线 由 很 小 的 入 射 角 从 空 气 射 入 折 射 率 为 1.8 的 介 质 时 ， 则 反 射 率 为 若以入射光的强度为 1，则反射光的强度为 0.08 ，折射光的强度为 1-0.08=0.92 。 在介质表面镀一层增透膜，设空气、薄膜、介质的折射率分别为 n1、 、n、 n2, 薄膜厚度 为 d，如下图所示： 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 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， 则其强度为 ；光线②入射光线经过空气与薄膜的界面两次折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 、 、 ，则光线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， 则相互抵消，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， 则 ．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： 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，则增透膜的折射率为 ，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