Диэлектрическое зеркало

Диэлектрическое зеркало — оптическое зеркало, образованное покрытием из нескольких чередующимися тонких слоев обычно двух различных диэлектрических материалов с различными показателями преломления, нанесенным на подложку из стекла или другого материала. При надлежащем выборе материалов и толщин слоев можно создать оптические покрытия с требуемым отражением на выбранной длине волны. Наибольший коэффициент отражения для нормального падения луча при заданном числе слоев обеспечивают покрытия, в которые оптическая длина пути каждого слоя равна четверти длины волны. Диэлектрические зеркала могут обеспечивать очень большие коэффициенты отражения, (так называемые суперзеркала), которые обеспечивают в узком диапазоне вблизи выбранной длины волны отражение более 99.999% света. Такие зеркала также могут обеспечить хорошее отражение в широком диапазоне длин волн, например, во всем видимом диапазоне. Зеркала этого типа, благодаря современной технологии, сделавшей их производство относительно недорогим, практически вытеснили в науке и технике зеркала с металлическим покрытием. Примеры использования диэлектрических зеркал включают зеркала интерферометров оптических резонаторов, в том числе резонаторов лазеров, тонкопленочные делитель пучка. Кроме того, диэлектрические зеркала, отражающие большую часть света, используются как плотные фильтры, например в современных отражающих солнечных очках.

Принцип действия:

Действие диэлектрического зеркала основано на интерференции световых лучей, отраженных от различных слоев диэлектрического покрытия. Тот же принцип используется для создания многослойных просветляющих покрытий, в которых толщины слоев выбираются так, чтобы минимизировать, а не максимизировать отражение. Простейшие диэлектрические зеркала являются одномерным фотонным кристаллом, образованным чередующимися слоями с большим и меньшим показателем преломления . Толщины слоев выбираются таким образом, чтобы отличия оптических длин пути лучей, отраженных от различных слоев с высоким показателем преломления было кратно длине волны, под которую разрабатывается зеркало. Отражения от слоев с низким показателем преломления дают дополнительную разницу в оптической длине пути в половину длины волны, однако сдвиг фазы на 180 градусов при отражении от границы раздела между материалами с низким и высоким показателем преломления приводит к тому, что такие отраженные лучи также оказываются в фазе. В случае зеркала, предназначенного для нормального падения, все слои обычно имеют оптическую длину пути в четверть длины волны.

Другие конструкции диэлектрических зеркал могут иметь более сложную структуру слоев, которая рассчитывается обычно методом численной оптимизации. При этом можно также контролировать дисперсию отраженного света. При расчете диэлектрических зеркал обычно используются оптическую передаточную матрицу.

Схема диэлектрического зеркала. Тонкие слои материала с более высоким показателем преломления n₁ чередуются с более толстыми слоями с меньшим показателем преломления n₂. Оптические длины пути l_A и l_B отличаются точно на одну длину волны, что приводит к конструктивной интерференции в отраженной волне.