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

растет, Нр — уменьшается, приближаясь к нулю при угле Брюстера, определяемом соотношениями показателей преломления стекла

возрастания числа слоев до 11 и более. Rp уменьшается, прибли­ жаясь к нулевому значению при углах падения света на пленку, определяемых соотношением оптических толщин и показателей пре­ ломления слоев и призмы (табл. V . I и V.2; ри&. V.6 и V.7).

При выбранном сочетании показателей преломления (2,20 и 1,45, табл. V . I) угол Брюстера составляет около 52° 45'. Значения Rb и Rp на графиках приведены для углов, близких к углу Брюстера (45—55°). При этом оптические толщины слоев составляют значения,

равные -j, в направлении распространения света в пленках (рис. V.6

и V.7). Здесь n2h2 = 165 нм; n3h3 = 250 нм для X — 550 нм. Спектральная кривая Rs характеризуется широким максимумом

отражения, близким к 100%, который закономерно смещается в на­ правлении коротковолновой области по мере возрастания угла паде­ ния от 45 до 55°.

Максимум отражения Rp быстро приближается к нулю и-также смещается в направлении коротковолновой области, как это показано на рис. V.7. При угле падения порядка 52° 50' значение Rp не выходит

вает заметные изменения при изменении угла падения. В то же время для проходящего света эта зависимость значительно слабее. Прохо­ дящий'прямолинейно поляризованный свет сохраняет высокую сте­

Как было показано в предыдущем разделе, многослойная пленка из чередующихся слоев высокого и низкого показателей преломле­ ния пв и пи, вклеенная в призму, представляет собой эффективный поляризатор. Такой поляризатор аналогичен стеклянной стопе, однако интерференция света в тонких слоях значительно повышает его эффективность. По существу система представляет собой свето­ делитель поляризованного света, отражающий порядка 100% со­ ставляющей перпендикулярной плоскости падения и пропускающий параллельную [28, 29, 50, 91, 93].

чего призмы склеиваются. Угол падения света на заклеенную си­

Значения угла ц>х для различного сочетания слоев и стекла призмы приведены в табл. V . I .

ломления, определяющие максимальное значение степени поляри­ зации в различных спектральных участках, характеризуемых дли­

ных направлениях. Для удобного использования обеих составляю­ щих Rs и Тр необходимо, чтобы угол между ними был равен 90°.

Поляризующая призма должна иметь форму куба, склеенного из двух прямоугольных равнобедренных призм, в котором свет падает

Характеристики такого поляризатора (степень поляризации, спектральный состав поляризованного света, интенсивность) в зна­ чительной степени изменяются с изменением длины волны света. Необходимо также учитывать возможные изменения этих характе­ ристик с изменением угла падения света, что особенно важно при использовании пучка отраженного света (рис. V.6 и V.7).

Некоторые расчетные данные описанного выше поляризацион­

лельному пучку света, падающему по нормали к грани кубика и под углом 45° на систему слоев.

ходящем свете. Эти отступления сильнее сказываются на состоянии поляризации отраженного света. Расчет показал также, что приве­ денные в табл. V.1 данные для угла падения Ф і (угла призмы) можно округлить до целых значений градусов, поскольку вариации в пределах ± 1 ° не вызывают заметных отклонений степени поляри­ зации. Ошибки, возникшие при практическом осуществлении поля­ ризующих систем, оправдывают это допущение.

Приведем некоторые экспериментальные данные [29]. Так, поля­ ризатор, изготовленный на основе призмы из стекла пх = 1,52 с мно­ гослойной системой из слоев двуокиси титана и двуокиси крем-

/

Si (ОС2 Н5 )4 ) дает в области 700 нм максимальное значение степени поляризации в проходящем свете 99—100%, при светопропускании

с помощью двухслойной пленки (гл. II) повышает светопропускание до 48%. Измерение характеристик поляризующего кубика из тяже­

ломления призмы практически совпадает с показателем преломления одного из слоев. Степень поляризации в проходящем свете Ат близка к 100%; светопропускание Т около 43—44%. Область высокого зна­ чения степени поляризациии соответствует А,т а х = 300 нм. При соответствующем подборе показателей преломления веществ, про­ зрачных в ультрафиолетовой области спектра, и подборе оптической толщины слоев, удовлетворяющей условиям (V.2), (V.3) и (V.4), можно изготовить поляризующие призмы и для более короткой части близкой ультрафиолетовой области [21, 50].

300.—400 нм. Они обладают степенью поляризации более 99% при пропускании 35—40%. Комбинация из двух многослойных систем на гипотенузных гранях двух склеиваемых призм обеспечивает по­ лучение высокой степени поляризации в области 250—400 нм.

Не всегда удобно пользоваться поляризующей призмой, особенно при большом световом окне, когда объем и вес призмы значительно возрастают. С этой точки зрения представляет интерес поляризующая пластина. Это пластина оптического стекла, покрытая многослойной пленкой (п. 17), дающая пучок проходящего света высокой степени поляризации. Условия получения поляризованного света с помощью пластины несколько иные, чем с помощью призмы. Как показывают соотношения (V.2), практически доступные значения показателей преломления пленок не дают возможности иметь необходимые усло­ вия для падения света под углом Брюстера на границе раздела слоев

покрытия из чередующихся слоев на поверхности пластины стекла или плавленого кварца, при угле падения, равном 70°, на границе с воздухом обеспечивают в проходящем свете степень поляризации около 99%. Высокая степень поляризации обусловлена отсутствием в проходящем свете колебаний перпендикулярных плоскости паде­ ния, поскольку интенсивность их в отраженном свете близка к еди­ нице. Наличие в отраженном свете некоторой доли колебаний, парал­ лельных плоскости падения р, несколько снижает светопропуска­ ние, не оказывая влияния на высокую степень поляризации [29].

Расчет и практическое воспроизведение показали, что 11, 13, 15-слойные покрытия из двуокиси тория (я 2 = 2,0) и двуокиси крем­

сниженном светопропускании, равном 21—28%. Это подтверждают результаты измерения пластины с 11-слойной пленкой, максимальная степень поляризации которой соответствует области 380 нм (рис. V.11).

Аналогичный поляризатор для видимой области спектра состоит из пластины оптического стекла (пх = 1,52) с 11 слоями двуокиси титана (п2 = 2,20) и двуокиси кремния (п3 = 1,45). Оптические тол-

щины слоев рассчитаны для видимой части спектра также на угол падения света в воздухе, равный 70°. Результаты измерения дают степень поляризации в проходящем свете, равную 99%, при светопропускании 17—20%.

В заключение можно напомнить (гл. IV), что существует еще одна возможность получения пучка поляризованного света с приме­ нением тонких пленок. Идея метода состоит в использовании одной или нескольких поверхностей стекла (стопы) с нанесенными на них однослойными пленками высокого показателя преломления. Пла­ стины устанавливаются под соответствующим углом к падающему

ном положении поляризаторов поле имеет заметную фиолетовую окраску. Чтобы получить высокую степень поляризации в более широкой области спектра, необходимы слои с большей разницей

состоит в нанесении многослойных покрытий на гипотенузные грани двух склеиваемых призм поляризатора. При этом максимум отраже­ ния многослойной системы на одной из призм несколько сдвинут относительно максимума на другой, Так, например, у поляризатора для видимой области на одной призме максимум соответствует 450— 500 нм, на другой — 600—650 нм. Такой поляризатор охватывает практически всю видимую область (кривая 2 рис. V.4).

Аналогичными приемами можно воспользоваться, чтобы расши­ рить область с высокой степенью поляризации в ультрафиолетовой

различные основные окислы) разбавленными растворами кислот с целью удаления ряда компонентов, преимущественно основных окислов. При действии водных растворов кислот происходит выщела­ чивание растворимых гидроокисей и солей и на поверхности стекла остается равномерный, нерастворимый в воде пористый слой прозрач­ ного прочного продукта, близкого по составу к кремнезему. Незави­ симо от состава исходного оптического стекла этот слой имеет пока­ затель преломления порядка 1,44—1,45. Метод может быть исполь­ зован только для получения пленок более низкого показателя преломления, чем у исходного стекла, служащих для снижения коэффициента отражения-.

Минимальное значение коэффициента отражения при оптической толщине пленки, равной четверти длины волны света, зависит от показателя преломления исходного стекла и для обычных оптических

просветления с помощью однослойных пленок более низкого пока­ зателя преломления можно оценить по данным рис. II.3 для пленки с показателем преломления п2 = 1,45. Спектральные характеристики близки к приведенным на рис. II.2 для пленок с показателем пг =

-1,45.

В процессе обработки стекол в растворах кислот малых концен-

трации время получения пленки оптической толщиной -j опреде­ ляется составом (химической устойчивостью) исходного стекла. Оно изменяется в пределах от нескольких минут при комнатной темпе­ ратуре около 25° С (тяжелые флинты и тяжелые кроны) до 20—30 ч

реакцией. Скорость образования пленки зависит как от значения рН, так и от природы катиона.

Технология нанесения пленки состоит из тщательной очистки про­ светляемой детали, после чегопоследняя погружается в раствор на время, определяемое составом стекла. Контроль образования пленки нужной оптической толщины производится визуально, по окраске поверхности. По удалении из раствора деталь с пленкой тщательно промывается в воде, а затем пленка стабилизируется суш­ кой в струе подогретого воздуха. Образовавшаяся пленка механи­ чески и химически очень устойчива и в дальнейшем практически не изменяет своих характеристик. Она обладает защитными свойствами и предохраняет некоторые стекла от дальнейшего разрушения. Уда­ ление пленки возможно только путем шлифовки и полировки по­ верхности.

Получение поверхностной пленки путем выщелачивания поверх­ ности стекла неприменимо для стекол, не содержащих в своем составе кремнезема, например фосфатных и боратных. В течение ряда лет ,