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  • 如何設計增透膜?

    作者:時生 來源:中科院半導體所 時間:2023-02-27 12:14 閱讀:3608 [投稿]
    設計光學薄膜主要是確定兩點:一點是選擇薄膜的厚度,另一點是選擇折射率匹配的材料。

    照相機鏡頭常常呈現出一種特殊的光澤。這是人們為了降低光的反射,鍍上一層特定厚度的氟化鎂薄膜。一般稱為減反射膜,也稱增透膜——為了減少或消除透鏡、棱鏡、平面鏡等光學表面的反射光,從而增加這些元件的透光量,減少或消除系統的雜散光。事實上,采用這樣的單層增透膜,光反射率可以降低到1.2%左右。

    生活中凡是需要用到光學平面的器件,幾乎都使用了這樣的光學薄膜。不信的話可以拿起你的手機,看一看鏡頭是否有呈現這樣一種特殊的光澤?


    不僅僅是照相機鏡頭,增透膜是一種應用極其廣泛的光學鍍層,廣泛應用于工業探測、天文、電子學等領域?梢哉f,凡是涉及光的吸收和發射,都需要考慮鍍減反射膜以提高光線的穿透效率。這一層反射膜的存在可以使反射光發生相消干涉,大大降低了光能損失。

    鏡頭上的增透膜不可能在所有光波段全部發生相消,只能使個別波長的反射光強降到最低,而對其余波長的減反能力要弱一些。假如是太陽光照射到鏡頭上,鏡頭反射出來的光就會在不同波長上有不同的強度,所以就能看到光澤中夾雜著很多顏色。比如照相機鏡頭的增透膜,一般選擇對人眼最敏感的黃綠色光進行相消干涉,使其反射光強減弱,所以照相機鏡頭呈現出與黃綠色光互補的藍紫色。

    那應該如何設計增透膜呢?設計光學薄膜主要是確定兩點:一點是選擇薄膜的厚度,另一點是選擇折射率匹配的材料。這時光靠初中所學的折射公式就不夠了。菲涅耳公式(或菲涅耳方程),由奧古斯丁·讓·菲涅耳導出。用來描述光在不同折射率的介質之間的行為。由公式推導出的光的反射稱之為“菲涅爾反射”。菲涅爾公式是光學中的重要公式,用它能解釋反射光的強度、折射光的強度、相位與入射光的強度的關系。

    對于滿足各向同性的介質材料,介質的折射率是波長的函數。以Si為例:


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