Лекция №6 Фильтрация излучения Интерференционный фильтр (иф)
ИФ – это устройство, позволяющее пропустить значительную часть светового потока в определённой узкой области длин волн.
Ширина
полосы пропускания обычно составляет
несколько десятков ангстрем.
ИФ – это миниатюрный не сканирующий интерферометр Ф-П с очень малым расстоянием между пластинами.
Конструктивно
это тонкий слой, который напыляется на
стеклянную подложку. Подложки склеиваются
между собой.
1 – это плоскопараллельный слой, толщиной d; 2 – это стеклянный абсорбционные фильтры (цветное стекло); - - - - – высокоотражающее покрытие.
Характеристика
пропускания интерферометра Ф-П малой
толщины выглядит следующим образом:
,
где b – целые числа;
– один из максимумов характеристики
пропускания; - - - - – характеристик
пропускания цветного стекла.
Побочные максимумы гасятся стеклянными фильтрами.
Толщина
базы составляет около десятка длин
волн. Такой интерферометр эквивалентен
фильтру, пропускающему излучение в
интервале
вблизи длины волны
.
Однако изготовить интерференционный
фильтр не просто, особенно если необходимо
подогнать толщину базы так, чтобы фильтр
преимущественно пропускал свет вблизи
заданной длины волны
.
Побочные максимумы обычно гасят подбором соответствующих стеклянных фильтров, что, конечно, приводит к потери части светового потока в основной полосе.
При
,
редко удается пропустить более 70%
излучения. Отделение побочных максимумов
затрудняет получение интерференционных
фильтров с очень малой шириной ПП.
Если
база
,
то необходимо отделить максимумы,
которые отстоят один от другого, на
,
что практически невозможно.
Паспортные данные фильтров
1)
Пропускания в максимуме, это отношения
потоков:
;
2)
Оптическая плотность фильтра:
;
3)
Порядок фильтра. Тут имеется ввиду
линейчатый порядок интерференции
Поскольку
фильтры работают в нулевом угловом
порядке (
),
невелико, то фильтры с
называются фильтрами низкого порядка,
а с
фильтрами высокого порядка.
Фильтры
высокого порядка более узкополосные,
поскольку полоса определяется известным
выражением:
Интерференция в тонких пленках
Речь идет о нанесение тонких диэлектрических пленок на оптические поверхности с целью изменения коэффициента отражения.
Три правила связанные с отражением света от диэлектрика и прохождение через них:
1)
При отражении света от более плотной
среды фаза отраженной волны скачком
меняется на
;
2) При отражении света от менее плотной среды фаза отраженной волны не меняется;
3) Фаза прошедшей волны не меняется.
«Просветление» оптики
Речь
идет сведения к минимуму коэффициента
отражения. Коэффициент отражения для
света, падающего по нормали к поверхности,
записывается следующим образом:
В
видимом диапазоне коэффициент отражения
С
целью уменьшения
на поверхность материала наносится
прозрачная пленка и так подбирается
материал и толщина, чтобы волны, отраженные
от пленки и подложки, были в противофазе
и взаимно гасили друг друга при
интерференции.
Н
а
поверхность стекла нанесён слой
диэлектрика
Для эффективного просветления параметры пленки и подложки должны удовлетворять двум условиям:
1)
Фазовое условие:
, где m целые числа
Для
воздуха
– это оптическая толщина. на оптической
толщине должно укладываться нечетное
число
2)
Амплитудное условие:
,
если
В результате интерференции эти две волны взаимно ослабляются и большее ослабление произойдет, когда амплитуды волн близки по величине.
Амплитудное условие показывает, как нужно выбирать диэлектрик пригодный для «просветления» оптики. Для видимого диапазона наиболее часто в качестве материала пленки используют фторид магния, у которого показатель преломления 1,28 на длину волны 0,55 мкм.
Очень сложно подобрать материалы таким образом, чтобы амплитудное условие выполнялось точно. Чаше всего полного «просветления» с одной пленкой получить нельзя.
Поэтому
используется двухслойное покрытие. На
поверхность диэлектрика с показателем
преломления
наносится двухслойное покрытие с
показателем преломления
Фазовое условие:
,
если
Для
воздуха:
Чтобы выполнялось это условие, на
практике используют пленку сульфид
цинка с показателем преломления 2,36 на
длину волны 0,55 мкм.
Пленки прозрачные без поглощения.
Построим зависимость от длины волны.
