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

и 11.7, а также рис. 11.8 для пленок с соотношением оптических толщин слоев n3h3 < «2^2 (кривая /) и n3h3 > n2h2 (кривая 2). Кривые 3 и 4 характеризуют спектральное отражение с минимумом в области 640 нм.

Аналогичные спектральные зависимости приведены на рис. 11.9; они характеризуют двухслойные покрытия с минимумами отражения в области 520 нм (кривая / ) , 800 нм (кривая 2) и 1 мкм (кривая 3). Покрытие с минимумом в области 520 нм (кривая /) удобно для про­ светления приборов, работающих в видимой области спектра и слу­ жащих для визуальных наблюдений. Кривые / , 2, 3 рассчитаны для

Х,нм

характер спектрального отражения, если такое же двухслойное по­ крытие нанести на подложку из стекла щ — 1,72. Эффективность просветления практически мало меняется, хотя и наблюдается неко­ торое смещение минимума и увеличение остаточного отражения в ми­ нимуме.

Широко применяемые двухслойные просветляющие покрытия, со­ стоящие из слоев неравной оптической толщины (n2h2 >> nsh3), харак­ теризуемые кривыми / и 3 рис. II.8 и кривыми /, 2, 3 рис. П.9, обла­ дают тем недостатком, что избирательно снижают отражение. Вслед­ ствие этого в достаточно узком интервале длин волн интенсивность отраженного света практически исчезает, но она остается высокой на других участках спектра и может превысить исходное френелевское отражение от поверхности подложки.

нением оптических толщин слоев можно смещать минимум отражения в различные участки спектра, что будет сопровождаться изменением окраски поверхности. Так, пленки, характеризуемые кривыми /—4 рис. 11.5, имеют в отраженном свете темную пурпурно-фиолетовую окраску, интенсивность которой возрастает от кривой / к кривой 4. Пленка с минимумом в области 520 нм рис. П.9 характеризуется пур­ пурно-фиолетовой окраской с красноватым оттенком. Смещение ми­ нимума в область 450 нм придает пленкам желтую окраску. Смещение

трехслойную пленку, которая не дает коэффициента отражения R = О в какой-либо части спектра, но обеспечивает равномерное низкое от­ ражение в широкой области [13].

Возможности снижения коэффициента отражения очень широкие. Существуют и другие решения НО, 85]. Так, например, если оптиче-

Рис. 11.12. Влияние показателя преломления среднего слоя ^ т р е х ­ слойной пленки на спектральное отражение при nt = 1,79

и «г = 1,45

до нуля для длины волны К и двух других, симметрично расположен­ ных относительно выбранной. Характеристики двух таких пленок (кривые / и 3 на рис. I I . 13) приведены в табл. II . 3 . Коэффициент отражения в широком спектральном интервале не превышает 0,5%, а для кривой / составляет всего 0,1% . Однако, чтобы иметь такое низкое отражение, необходимо очень низкое значение показателя преломления для верхнего слоя, граничащего с воздухом. Вместе

с тем практически отсутствуют устойчивые вещества с показателем преломления ниже 1,4.

Характеристики покрытия, дающего кривую 1 рис. 11.13, полу­ чены расчетом и практически невоспроизводимы. Кривая покрытия 2

(п. 23). В пределах почти всей видимой области отражение не пре­ вышает 0,5—0,6%, и даже на краях области остается значительно

спектра, из-за низкого показателя преломления подложек осущест­ вляется преимущественно с помощью двух- и трехслойных покрытий. Вследствие малой длины волны ультрафиолетового излучения не-

большие отступления в оптических толщинах слоев при просветлении коротковолновой области вызывают более значительные изменения спектрального отражения, чем при просветлении видимой и инфра­ красной.

Экспериментальное воспроизведение различных покрытий будет рассматриваться в гл. V I .

Наиболее эффективный способ получения широкополосных про­

Рис. 11.14. Спектральные кривые трехслойного просветления для

ния, равного показателю преломления подложки, до значения, харак­ теризующего окружающую среду, например воздух (п = 1). Закон изменения показателя преломления может быть разным: линейным, экспоненциальным и др. Практически получаемые неоднородные пленки характеризуются ступенчатым изменением показателя пре­ ломления. Ширина области с низким отражением увеличивается с ро­ стом числа ступеней, способствующим более плавному изменению показателя преломления.

Неоднородные пленки практически используются для просветле­ ния материалов, .обладающих высоким показателем преломления порядка 4,0 (например, германия), прозрачных в инфракрасной об­ ласти спектра. Однако необходимо заметить, что полученные расчетом структуры 20—39-слойных покрытий представляют пока скорее теоретический, чем практический интерес [14, 15, 16, 86, 10].

Эффективность просветления с помощью неоднородных пленок со ступенчатым изменением показателя преломления определяется в ос­ новном низким значением последнего на границе с воздухом. По возможности он должен быть близок к воздуху, что практически не­ осуществимо. Это служит серьезным ограничением для использования ступенчатых неоднородных пленок, особенно для подложек из стекла с низким показателем преломления.

8. ИЗМЕНЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА СВЕТА, ПРОХОДЯЩЕГО ЧЕРЕЗ ПРОСВЕТЛЕННУЮ СИСТЕМУ

Спектральные кривые коэффициента отражения, приведенные в пп. 5—7, показывают, что уменьшение отражения происходит изби­ рательно. Избирательный характер просветления оказывает сущест­ венное влияние на спектральный состав света, проходящего через оптическую систему, особенно при большом числе просветленных поверхностей. Кривые рис. 11.15 иллюстрируют спектральное светопропускание 7 \ пяти пластин крона и тяжелого флинта (10 отражаю­ щих поверхностей) до и после нанесения однослойных покрытий из

ждения десяти просветленных поверхностей, особенно в случае тяжелого флинта, где разница в показателях преломления под­ ложки и пленки достаточно велика [8].

Значительно сильнее изменяет состав проходящего света нане­ сение двухслойных просветляющих покрытий, характеризуемых 1-м решением табл. 11.2 и иллюстрируемых спектральными кривыми / и 3 рис. II.8 и кривыми / и 2 рис. II.9. На рис. 11.16 приведены резуль­ таты фотометрических измерений спектрального пропускания пяти систем, состоящих каждая из пяти пластин крона и просветленных с двух сторон с помощью указанных двухслойных пленок. Если до просветления стопа пластин пропускала около 70% падающего света (кривая / ) , то после просветления с помощью двухслойных пленок с минимумом отражения в различных участках спектра 450, 520, 560, 640 и 800 нм светопропускание в указанных областях возросло до 90% и более (кривые 2—6). В то же время на других участках, на­ пример у систем с максимумом пропускания в областях 560 и 640 нм (кривые 4 и 5), количество проходящего света в коротковолновой части спектра снизилось, по сравнению с тем, что имело место до про­ светления [4, 7, 8 ] .

Применение двухслойных пленок с минимумом отражения в об­ ласти 800 нм эффективно только в этой области и препятствует нор­ мальному использованию системы в видимой области, где в резуль­ тате просветления на отражение теряется до 50% падающей энергии (кривая 6). Необходимо учитывать, что эти свойства присущи обыч­ ным двухслойным покрытиям, используемым для снижения отраже­ ния в длинноволновой области спектра, например с минимумом в об­ ласти 1 мкм, и т. д. Двухслойные покрытия очень эффективны в при­ борах, работающих в монохроматическом свете.

Избирательный характер просветления с помощью двухслойных пленок, состав которых отвечает 1-му решению табл. 11.2, сказы-

УУУ

вается в появлении окраски поверхности в отраженном свете и до­ полнительной в проходящем. Системы с десятью просветленными по­ верхностями (кривые 2—6 рис. 11.16) имеют в отраженном свете си­ нюю, сине-зеленую, зеленую, желтую и темно-красную окраску и, сле­ довательно, желтую, оранжевую, пурпурную, синюю и сине-зеленую окраски в проходящем.

Кривая 7 рис. 11.16 получена в результате просветления 10 по­ верхностей ахроматическими двухслойными покрытиями (2-е реше­ ние в табл. II . 2, кривая б рис. П.5). Применение этих покрытий дает несколько меньший, но равномерный выигрыш света во всей видимой области.

На рис. 11.17 приведены результаты просветления оптической системы с помощью трехслойных ахроматических пленок, характери­ зуемых спектральной кривой 2 рис. 11.14. Кривая 1 иллюстрирует пропускание пяти пластин крона (10 поверхностей) до просветления; кривая 3 — после просветления. Кривая 2 характеризует просветле­ ние той же стопы с помощью обычных двухслойных пленок с макси­ мумом пропускания в области 520 нм. Сравнение кривых 3 и 2 показывает, что двухслойные покрытия дают заметное увеличение

лее равномерно и охватывает более широкую область. Особенно сильно проявляется избирательный характер просветления с помощью

то же направление, но является следствием многократных отражений между пластинами системы и портит качество передаваемого изобра­ жения.

Избирательный характер двухслойного просветления отчетливо проявляется при использовании различных источников и приемни­ ков. В рассматриваемом случае, когда максимум светопропускания двухслойно просветленной системы находится в области 520 нм, зна­ чение интегрального коэффициента пропускания при визуальном наблюдении в белом свете составляет около 76%. Это отвечает чувстви­ тельности глаза при сумеречном освещении. При работе с фотоэле­ ментом, максимум чувствительности которого находится в области 600 нм, интегральное светопропускание снижается до 65%. В то же время трехслойно просветленная система независимо от источника

и приемника обладает интегральным светопропусканием порядка 77%.

Оценка количества вредного рассеянного света показала, что в ре­ зультате нанесения двухслойных покрытий оно снизилось с 14 до 8—9%, а при нанесении трехслойных — упало до 3%.

Использование ахроматического трехслойного просветления, даю­ щего равномерное увеличение количества проходящего света при высоких значениях коэффициента пропускания, перспективно ис­ пользовать в приборах с большим числом преломляющих поверхно­ стей. Это относится, например, к сложным объективам, где однослой­ ные покрытия недостаточно эффективны, а двухслойные сильно изби­

Рис. 11.18. Светопропускание двух фотообъективов с различным числом преломля­

Трехслойную ахроматическую пленку целесообразно также ис­ пользовать для просветления фотооптики, передающей цветное изоб­ ражение (рис. 11.18). Здесь приведены результаты расчета. Однослой­ ные пленки кривых 2 имеют показатель преломления 1,40. Трех­ слойные покрытия характеризуются кривыми 2 рис. 11.14. Приведен­ ные данные однозначно говорят в пользу трехслойного ахроматиче­ ского просветления. В настоящее время разработан набор разнооб­ разных просветляющих покрытий, позволяющих получать минималь­ ные значения коэффициента отражения, близкие к нулю в различных частях спектра, а также снижать в несколько раз, а иногда и на поря­ док отражение в широких спектральных интервалах (рис. 11.14).

Приведенные выше кривые спектрального отражения и пропуска­ ния показывают широкие возможности просветления, но вместе с тем заставляют более внимательно относиться к выбору того или иного покрытия. Совершенно очевидно, что выбор просветляющего покры­ тия должен решаться дифференцированно в каждом отдельном случае с учетом оптической схемы, марок оптического стекла, количества преломляющих поверхностей, подвергаемых просветлению и т. д. Особенно существенными являются условия эксплуатации прибора, спектральные характеристики источников света и чувствительности