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

приемников, наличие светофильтров, отражателей и других компо­ нент, оказывающих влияние на спектральный состав света, проходя-. щего через систему.

При выборе рационального способа просветления необходимо исходить из того, что просветление преследует две цели: увеличение светопропускания прибора и уменьшение количества вредного рас­ сеянного света. Последнее в основном относится к просветлению фотографических объективов, поскольку небольшое увеличение све­ топропускания здесь не так существенно.

Сравнение существующих покрытий, уменьшающих отражение, показывает, что однослойные покрытия значительно более ахрома­ тичны, чем двухслойные. Однако устойчивые однослойные пленки имеют недостаточно низкий показатель преломления и не могут обес­ печить снижения коэффициента отражения у стекол типа кронов более чем в два раза. Только у стекол с показателями преломления выше 1,6—1,7 можно рационально использовать однослойные пленки, если допустимо возможное усиление селективности в проходящем свете (см. рис. 11.15), При числе просветляемых поверхностей не более десяти просветление с помощью двух-слойной пленки вполне эффективно и не вызывает заметных искажений окраски. Так, в случае измеритель­ ных и наблюдательных приборов, используемых для визуальных на­ блюдений, вполне целесообразно применять двухслойные покрытия с максимумом пропускания в области 520 нм тем более что это при­ мерно соответствует чувствительности глаза, которая также избира­ тельна. При работе с искусственным освещением вполне пригодно просветление с помощью двухслойной пленки, у которой максимум светопропускания несколько сдвинут в область 550 нм. Очень невы­ годно смещение максимума пропускания в более длинноволновую часть спектра, например в область 600 нм и длиннее. Наличие по­ верхностей, просветленных такими пленками (они имеют темно-синюю окраску), приводит к появлению нежелательной желтой окраски поля зрения, а главное — к уменьшению количества проходящих синих и фиолетовых лучей, которых и так недостаточно в обычных источниках типа ламп накаливания и к которым глаз мало чувстви­ телен.

Просветление фотообъективов необходимо производить с учетом спектрального распределения чувствительности фотографических слоев. Просветление с помощью двухслойной пленки, имеющей ма­ ксимум пропускания в средней части видимой области (X = 550 нм), невыгодно для сине-фиолетовой части спектра.

На поверхности деталей аэрофотообъективов и других объективов, работающих с оранжевыми светофильтрами, надо наносить покрытия, дающие максимум светопропускания в области 640 нм.

Большую часть универсальных фотообъективов для черно-белой и особенно цветной фотографии правильнее всего просветлять ахро­ матическими трехслойными пленками, уменьшающими отражение примерно до 0,5% во всей видимой области 400—700 нм, даже если число поверхностей не превышает 10 (рис. 11.18, о).

Примеров, аналогичных приведенным, можно привести достаточно много. Исследователю и конструктору необходимо учитывать спек­ тральные особенности используемых покрытий; в настоящее время нельзя пользоваться только обычно применяемыми способами расчета потерь света на отражение и характеризовать различные просветляю­ щие покрытия «интегральным» значением коэффициента отражения. Во многих случаях это может привести к неправильному использова­ нию методов просветления и ограничению области эксплуатации при­ бора.

9. ГРАФИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СПЕКТРАЛЬНОГО ОТРАЖЕНИЯ ОТ ПОВЕРХНОСТИ С ПРОСВЕТЛЯЮЩЕЙ ПЛЕНКОЙ [4]

Расчет спектрального коэффициента отражения для поверхности стекла с двух- и трехслойным просветляющим покрытием можно выполнить путем несложных графических построений, как это пока­ зано в п. 3. В качестве примера приведем расчет спектрального отра­

света на трех границах раздела имеют следующие абсолютные зна­ чения:

Как видно из рис. 11.20, низкие значения коэффициента отражения охватывают всю видимую область (380—750 нм) и нет спектральных участков, где R — 0. Спектральная кривая 2 рис. 11.14 соответствует графику рис. 11.20.

Графический прием очень удобен для расчета просветляющих покрытий, когда без особого ущерба для результата можно прене­ бречь многократными отражениями. Большая часть приведенных спектральных характеристик просветляющих покрытий была найдена графическим построением '[4,13].

Г Л А В А III

ПОКРЫТИЯ, ПОВЫШАЮЩИЕ ОТРАЖЕНИЕ

10. ОДНОСЛОЙНАЯ ПЛЕНКА

В п. 2 достаточно подробно разобран вопрос отражения света от поверхности непоглощающей подложки с прозрачной однослойной пленкой. Увеличения интенсивности отраженного света от непогло­ щающей подло"жки можно достигнуть нанесением пленки прозрачного вещества более высокого показателя преломления. Для света, падаю­ щего по нормали к поверхности, расчет спектрального коэффициента отражения от поверхности с однослойной пленкой производится по формуле (1.56). Характеристики отраженного света определяются ин­ терференцией света в пленке и, как всегда, зависят от длины световой волны К.

При более высоком показателе преломления пленки, чем у под­ ложки (п2 >• п3), фазы на границах раздела имеют следующие значе­ ния: Д 1 2 = я ; А 2 3 = 0.

Если оптическая толщина пленок кратная - j - , то интерферирую­ щие лучи находятся в фазе, что вызывает усиление интенсивности отраженного света. Максимальные значения коэффициента отраже­ ния определяются выражением (1.63), минимальные значения — выражением (1.64); они соответствуют коэффициенту отражения под­ ложки без пленки (рис. 1.9 и П.З).

Максимальные значения коэффициента отражения определяются кривыми рис. П.З, расположенными выше штриховой линии, характе­ ризующей отражение от поверхности подложки. Так, например, для области длин волн К„ однослойная пленка оптической толщиной крат-

х

обе стороны от максимума отражение будет понижаться, и для обла­ сти длин волн, для которой оптическая толщина пленки составляет

величину, кратную - у, отражение достигает минимального значения,

равного отражению от подложки без пленки (—4,2%). При более, высоком показателе преломления подложки максимальное отражение

будет ниже. Например, для тех же пленок с показателями преломле­ ния 2,0—2,4 на подложке п3 1,7 максимальные значения будут равны 16—29%; отражение от подложки без пленки составляет в этом случае примерно 7%.

Спектральное отражение для однослойных пленок различной опти­

600 нм. Спектральное отражение достаточно равномерное. Пленка оптической толщиной в 300 нм имеет два максимума отражения в об­

показано положение некоторых экстремумов более высоких порядков,

спектрального отражения сохраняется. Используя данные рис. П.З, где выше штриховой линии приведены значения коэффициента отра­ жения для поверхности с пленками более высокого показателя пре­ ломления, можно ввести соответствующие поправки в максимумах кривых рис. П.2.

Чтобы с помощью однослойной пленки получить более высокий коэффициент отражения, например порядка 50%, необходима пленка с показателем преломления пг 3,0. Веществ, прозрачных в види­ мой области, имеющих такой высокий показатель преломления, прак­ тически нет. Вследствие этого приходится создавать более сложные многослойные покрытия.

большего числа чередующихся слоев с высоким и низким показате­ лями преломления, можно повысить отражение от прозрачной под­ ложки, например обычного оптического стекла, с 4 до 55—99%. Отражение растет по мере увеличения числа слоев покрытия тем значительнее, чем больше разница в показателях преломления слоев. Покрытия из прозрачных диэлектриков находят широкое применение из-за высокого коэффициента полезного действия. Вследствие отсут­

Пользуясь рекуррентными выражениями (1.68), (1.69), можно, последовательно переходя от слоя к слою, аналогично тому, как это показано в п. 9 для трехслойного просветляющего покрытия, полу­

Такой расчет, например, легко выполнить для трехслойной пленки состоящей из слоев с показателями преломления л 4 , п3 и п2. Слои нумеруются в направлении от подложки с показателем преломления равным пъ. Окружающая среда характеризуется показателем пре­

коэффициента отражения для подложек с многослойными покрытиями различного показателя преломления, содержащими нечетное число от

только у однослойных или трехслойных покрытий. По мере увеличе-

ного числа слоев оптической толщиной кратной —•, характеризуется

наличием основного максимума 1-го порядка, соответствующего длине волны Ко. Максимум 2-го порядка соответствует длине волны Ко, для

которой оптическая толщина слоев составляет -^K0 и т. д. Между

Рис. II 1.1. Спектральное отражение от поверхности подложки с много­ слойной системой, состоящей из нечетного числа слоев равной оптиче­ ской толщины (nR = 2,20; Пц = 1,45)

основными максимумами расположены побочные, количество которых на единицу меньше числа слоев покрытия. Наиболее общий вид спект­ ральной зависимости коэффициента отражения от оптической толщины чередующихся слоев при различном нечетном числе слоев приведен на рис. I I I . 1 . Оптическая толщина слоев выражена через фазовый

у г о л 4 я - ^ ~ £ , что придает графику более общий характер. Оптиче-

ской толщине слоев кратной ^-соответствует фазовый угол ф = 180°,

где расположен основной максимум. Покрытия состоят из 3—11 слоев равной оптической толщины с показателями преломления пв — 2,20 и пн = 1,45 [17].

Приведенные графики дают возможность построить спектральную

предварительно необходимо найти значения оптической толщины слоев для ряда длин волн Я.1; К2 Кп, выбранного спектрального интервала и выразить их величиной соответствующих фазовых углов. Так, если оптическая толщина чередующихся слоев равна nh, то зна­

характер спектральных кривых коэффициента отражения в основном сохраняется.

Представление об изменении Высоты основных максимумов дает табл. I I I . 1. Об изменении высоты как основных, так и побочных мак­ симумов можно судить по приведенным кривым нарис. III.2, 111.3 и 111.4. Графики носят общий характер и могут быть использованы для оценки спектральных характеристик слоев в широком интервале длин волн [7].

Используя вещества прозрачные в ультрафиолетовой области, можно получить спектральные кривые коэффициента отражения и для этой области спектра. Так, например, черточками на рис. I I I . 1 поме­ чена высота основных максимумов отражения для чередующихся слоев с показателями преломления 2,0 и 1,45, характерных для ве­ ществ прозрачных в ультрафиолетовой области.

Необходимо отметить, что в большинстве случаев покрытия, повышающие отражение, наносятся на подложку из стекла с показа­ телем преломления, близким к 1,52.

Приведенные на рис. III.2 спектральные кривые коэффициента отражения ряда многослойных покрытий являются частными слу­ чаями кривых рис. I I I . 1 . На графиках видно, как изменяются число и высота побочных максимумов с изменением числа слоев покрытия. Так, на кривой 4, характерной для трехслойного покрытия, между основным максимумом и максимумом 2-го порядка имеется два побочных максимума, в то время как у семислойного (кривая 7) их шесть. На рис. I I 1.2 не все побочные максимумы помещены полностью, Для покрытий с максимумом отражения в области 1000 нм (кривая 10)

риментальное воспроизведение некоторых покрытий с помощью слоев Т Ю 2 и S i 0 2 с показателями преломления 2,20 и 1,45, получаемых из растворов (см. гл. VI) . Аналогичные высокоотражающие покрытия