книги из ГПНТБ / Крылова Т.Н. Интерференционные покрытия. Оптические свойства и методы исследования

достаточно равномерной в указанном интервале длин волн. Интен­

Степень поляризации А^ при углах падения близких к углу Брюстера приближается к 100%.

показателя преломления представляет собой эффективное поляри­ зующее устройство. При углах падения близких к 70° одна поверх­ ность стекла с однослойной пленкой я 2 = 2,0 ч-2,35 дает до 60—70% прямолинейно поляризованного света (30—35% общего светового потока) за счет s-составляющей при Rp -* 0. Спектральное отражение достаточно равномерно и в видимой области охватывает весь интер­ вал длин волн 4.00—700 нм. Для области К = 600 нм оптическая толщина пленки п2 — 2,20 составляет около 165 нм. Спектральная кривая близка к кривой для Rs при 70° (рис. IV.5).

В табл. IV.3 приведены сравнительные данные, характеризующие степень поляризации и коэффициент пропускания различного числа пластин стекла без пленок и с пленками двуокиси титана (тга ~ 2,20) оптической толщиной 150 нм, нанесенными на обе стороны пластин. Две пластины стекла с пленками эффективнее стопы из 12 пластин стекла без пленок, установленной под углом Брюстера.

При отражении света от поверхности стекла с высокоотражающей многослойной пленкой из чередующихся 3—11 слоев высокого и низкого показателя преломления, спектральное отражение s-и р- составляющих изменяется различно с возрастанием угла падения.

блюдается возрастание ^ - с о ­ ставляющей. По мере увеличения числа слоев степень поляризации от­

раженного света приобретает все более избирательный характер [26].

На рис. IV.6, IV.7 и IV.8 показано спектральное изменение интенсивностей Rs и Rp для 3,5,11-слойных покрытий из чередующихся слоев оптической толщиной 150 нм каждый с показателями прелом­ ления 2,20 и 1,45. Значительное расхождение между спектральными характеристиками Rs и Rp проявляется уже при углах падения 25— 30°. Оно незначительно в пределах углов падения до 15°.

Сравнение кривых, приведенных на рис. IV.5—IV.8, показывает, что наиболее высокое и спектрально наиболее равномерное значение степени поляризации дает однослойная пленка. У трехслойного отражателя значение Д# при 70° падает до 85%. При увеличении числа слоев до 5 и 11 степень поляризации приобретает все более явно выраженную зависимость от длины волны.

Рассмотрение поляризации света, прошедшего через поверхность стекла с пленкой, показывает, что степень поляризации в проходя­ щем свете может быть достаточно высокой, причем колебания распо­ ложены в плоскости падения. Поскольку в отраженном свете интен­ сивность Rs высока, то интенсивность Ts в проходящем — незначи­ тельна. Обратная зависимость наблюдается при рассмотрении р-составляющей, у которой в средней части видимой области при угле

Рассмотрение этих данных показывает, что в области 500—65 степень поляризации отраженного света А д составляет всего 17— 20%, повышаясь на краях области до 30—60%. В проходящем свете степень поляризации А г я « 9 5 % , при интенсивности Тр — 28% в области 550 нм. Однако она бистро растет, достигая 50% при 500 и 650 нм и приближаясь к 100% на краях видимой области..

Поляризация света, отраженного от полупрозрачного ахромати­ ческого зеркала, показана на рис. IV. 10. С увеличением угла падения наблюдается смещение кривых в направлении коротковолновой части спектра, возрастание интенсивности Rs, уменьшение интенсивности Rp, с сохранением достаточной равномерности в видимой области. Степень поляризации равномерна в пределах видимой области и при

света могут принимать высокие значения, приближающиеся к 100%. Спектральное изменение, определяемое интерференцией света в пленке, часто носит избирательный характер. Приведенный мате­ риал показывает необходимость учитывать эти особенности при их использовании в оптических системах.

18. ОТРАЖЕНИЕ НЕПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА ОТ ПОВЕРХНОСТИ. С ПЛЕНКОЙ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УГЛАХ ПАДЕНИЯ

Рассмотрим изменение спектрального состава неполяр изованного света для поверхности стекла с различными одно- и многослой­ ными покрытиями в зависимости от угла падения света на границе

отражения света многослойными системами, используемыми в светоделительных узлах и других устройствах.

Как уже было показано в п. 14, при возрастании угла падения света фі эффективная толщина пленки уменьшается и смещение кри­ вой будет тем больше, чем ниже показатель преломления пленки (рис. IV.2).

Кривые рис. IV.2 дают возможность судить о смещении экстре­ мума при возрастании угла падения. В качестве примера в табл. IV.4 приведены: значения эффективной толщины пленки оптической тол­

p i p

Спектральное отражение неполяризованного света —^—— при углах падения 0—70° показано на рис. IV. 11 для поверхности двух стекол с пленкой я 2 = 1,45 оптической толщиной n2h2 = 130 нм. Чтобы оценить эффективность просветления, на рисунке показано

>

без пленки при тех же углах падения. Для угла падения равного 70° отражение не приведено. Для стекла па — 1,52 оно составляет около 17,4%, для стекла п3 = 1,72 — около 19,7%. При любых углах паде­ ния нанесение пленки с более низким показателем преломления, чем у подложки, приводит к уменьшению интенсивности отраженного света. Несмотря на то, что с возрастанием угла падения минимальное значение коэффициента отражения повышается, оно в основном остается все же более низким, чем у стекла без просветляющего

делах 60° у стекол с показателем преломления 1,72 отражение света при косом падении остается более низким, чем у стекол без пленки при отражении света по нормали.

На рис. IV. 12 показано спектральное отражение света от стекла п4 = 1,52 с двухслойной пленкой из слоев с показателями преломле­ ния «з = 2,0 и п2 = 1,45, толщина которых рассчитана на падение света по нормали. С увеличением угла падения кривая закономерно смещается в направлении коротковолновой части спектра. При этом минимум отражения повышается и спектральный участок с низким значением коэффициента отражения становится уже. Аналогичное двухслойное покрытие на поверхности стекла с более высоким пока­ зателем преломления более эффективно и при увеличении угла паде­

Значительными преимуществами обладают ахроматические по­ крытия, снижающие отражение в широкой области спектра, в част­ ности, трехслойные. На рис. IV. 13 приведены кривые спектрального отражения неполяризованного света от поверхности стекла пъ = = 1,52 с пленкой, состоящей из трех слоев со следующими характе­ ристиками:

л 4 = 1 , 6 5 - г - 1 , 7 0 , п^ = ~ ;

(Х0 — длина волны средней части видимой области спектра), рассчи­ танными на падение света по нормали к поверхности.

необходимо учитывать скачок фазы на первой границе раздела пленки с воздухом.

Ниже приведены примеры расчета эффективной толщины пленок для разных углов падения. Если оптические толщины слоев двухслой­

света под углом ц>1 — 45° оптические толщины слоев должны состав­ лять: (я 3 /і 3 )45° = 61 нм; (п 2 /г 2 ) 4 5° = 184 нм.

Аналогично рассчитываются оптические толщины слоев трех­ слойной пленки, обеспечивающих низкое отражение от просветлен­ ной поверхности при различных углах падения. Спектральное отражение, рассчитанное на угол падения срх = 60°, обеспечивает оптимальное просветление только для данного угла падения. Для лучей, отраженных по нормали, покрытие, рассчитанное на падение света под углом ф х = 60°, повышает отражение в коротковолновой части (к = 400 нм) до 10%>вместо 1%, характерного для обычного трехслойного просветления,- и искажает спектральный состав про­ ходящего света.

. При выборе просветляющего покрытия необходимо учитывать условия работы прибора. Для пучка расходящихся лучей, когда осе­ вые и близкие к нему лучи падают на поверхность под малыми углами и только крайние лучи образуют с нормалью углы близкие к 60°, целесообразно использовать обычную трехслойную пленку, которая, вероятно, окажется более эффективной, чем рассчитанная на угол падения ф х = 60°. Если же на просветленную поверхность падает параллельный пучок под" углом 60°, то просветление, рассчитанное для ^того угла падения (рис. IV. 13), может оказаться более целесо­ образным.

Пленка оптической толщиной n2h2 = 150 нм (п2 = 2,20) дает максимум отражения в области 600 нм при падении света по нормали. При падении света под углом 45° максимум сместится в область порядка 560 нм (150-0,947 = 140 нм). Чтобы сохранить его поло­ жение при падении света под углом 45°, надо увеличить оптическую