_增透膜_增透作用的理论解释

单、双、多层增透膜的原理及应用

单、双、多层增透膜的原理及应用 （转载自网络并整理） ? 单层λ/4增透膜 λ/4的光学增透膜（下面讨论时光学元件用玻璃来代替, 初始入射介质用空气来代替）, 一般为在玻璃上镀一层光学厚度为λ/4的薄膜,且薄膜的折射率大于空气的折射率, 小于玻璃的折射率由菲涅耳公式知, 光线垂直人射时, 反射光在空气一薄膜界面和薄膜一玻璃界面都有半波损失设空气、镀膜、玻璃的折射率分别为n0,n1,n2 且n2>n1>n0定义R01,T01为空气-薄膜界面的反射率与透射率,R01，T01为薄膜-空气界面的反射率与透射率,R12，T12为薄膜-玻璃界面的反射率与透射率, R21，T21为玻璃-薄膜界面的反射率与透射率如图4-1所示示, 为了区分人射光线和反射光线, 这里将入射光线画成斜入射，图4-1中反射光线1和2的光程差为λ/2, 这样反射光便能完全相消由菲涅耳公式知道, 光垂直通过界面时, 反射率R 和透射率T 与折射率n 的关系为： 2 212 11221122 1 21221 122 101 00110012 1011001)(41) ()(41) (n n n n R T T n n n n R R n n n n R T T n n n n R R += -==+-==+= -==+-== 设人射光的光强为I0, 则反射光线1的光强I1=I0R0, 反射光线2的光强I2=I0I01R12T10。余下的反射光的光强中会出现反射率的平方, 因为反射率都比较小, 故可不再考虑。λ/4的光学增透膜使反射光线1与反射光线2的光程差为δ=2n1d1=λ/2, 故相位差为л, 由干涉理论知, 干涉后的光强为: 212010102121)(cos R T R I I I I I I p -=++=π 因为折射率n0,n1,n2比较接近，例如n0=1,n2=1.5的界面，T=96%，故可近似地取T01和T10为1，若使Ip 为0 ，则有R01=R12，即： 21 21220101)()( n n n n n n n n +-=+-

增透膜的原理及应用

增透膜的原理及应用 陕西省安塞县安塞高级中学物理教研组贺军 摘要：在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜,这种薄膜就叫增透膜。本文分别从能量守恒的角度对增透膜增加透射的原理给予定性分析；根据菲涅尔公式和折射定律对增透膜增加透射的原理给予定量解释；利用电动力学的电磁理论对增透膜增加透射的原理给予理论解释。同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。 关键词：增透膜；干涉；增透膜材料；镀膜技术 1前言 在日常生活中，人们对光学增透膜的理解，存在着一些模糊的观念。这些模糊的观念不仅在高中生中有，而且在大学生中也是存在的。例如，有不少人认为入射光从增透膜的上、下表面反射后形成两列反射光，因为光是以波的形式传播的，这两列反射光干涉相消，使整个反射光减弱或消失，从而使透射光增强，透射率增大。然而他们无法理解：反射回来的两列光不管是干涉相消还是干涉相长，反射光肯定是没有透射过去，因增加了一个反射面，反射回来的光应该是多了，透射过去的光应该是少了，这样的话，应当说增透膜不仅不能增透，而且要进一步减弱光的透射，怎么是增强透射呢？也有人对增透膜的属性和技术含量不甚了解，对它进行清洁时造成许多不必要的损坏。随着人类科学技术的飞速发展，增透膜的应用越来越广泛。因此，本文利用光学及其他物理学知识对增透膜原理给以全面深入的解释，同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。让人们对增透膜有一个全面深入的了解，进而排除在应用时的无知感和迷惑感。 2增透原理 2．1 定性分析 光学仪器中，光学元件表面的反射，不仅影响光学元件的通光能量；而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器的成像质量。为了解决这些问题，通常在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜，目的是为了减小元件表面的反射光，这样的膜叫光学增透膜（或减反膜）。 这里我们首先从能量守恒的角度对光学增透膜的增透原理给予分析。一般情况下，当光入射在给定的材料的光学元件的表面时，所产生的反射光与透射光能量确定，在不考虑吸收、散射等其他因素时，反射光与透射光的总能量等于入射光的能量。即满足能量守恒定律。当光学元件表面镀膜后，在不考虑膜的吸收及散射等其他因素时，反射光和透射光与入射光仍满足能量守恒定律。而所镀膜的作用是使反射光与透射光的能量重新分配。对增透膜而言，分配的结果使反射光的能量减小，透射光的能量增大。由此可见，增透膜的作用使得光学元件表面反射光与透射光的能量重新分配，分配的结果是透射光能量增大，反射光能量减小。光就有这样的特性：通过改变反射区的光强可以改变透射区的光强。 2．2 定量描述光从一种介质反射到另一种介质时，在两种介质的交界面上将发生反射和折射，把 反射光强度与入射光强度的比值叫做反射率。用表示，，和分别表示反射光和入射光的振幅。 设入射的光强度为1，则反射光的强度为，在不考虑吸收及散射情况下，折射光的强度为（1-ρ）。根据菲涅尔公式和折射定律可知：当入射角很小时，光从折射率n1的介质射向折射率n2介质，反射率 （1） 例如光线由很小的入射角从空气射入折射率为 1.8的介质时，则反射率为

减反射膜原理

减反射膜原理 减反射膜又称增透膜、AR膜、AR片、减反射膜、AR滤光片，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。最简单的增透膜是单层膜，它是镀在光学零件光学表面上的一层折射率较低的薄膜。如果膜层的光学厚度是某一波长的四分之一，相邻两束光的光程差恰好为π,即振动方向相反，叠加的结果使光学表面对该波长的反射光减少。适当选择膜层折射率，这时光学表面的反射光可以完全消除。一般情况下，采用单层增透膜很难达到理想的增透效果,为了在单波长实现零反射,或在较宽的光谱区达到好的增透效果，往往采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜，因此，它至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题，研究的重点是寻找新材料，设计新膜系,改进淀积工艺,使之用最少的层数，最简单、最稳定的工艺，获得尽可能高的成品率，达到最理想的效果。对激光薄膜来说，减反射膜是激光损伤的薄弱环节，如何提高它的破坏强度，也是人们最关心的问题之一。 光具有波粒二相性，即从微观上既可以把它理解成一种波、又可以把他理解成一束高速运动的粒子(注意，这里可千万别把它理解成一种简单的波和一种简单的粒子。它们都是微观上来讲的。红光波的波长=0.750微米紫光波长=0.400微米。而一个光子的质量是 6.63E-34 千克. 如此看来他们都远远不是我们所想想的那种宏观波和粒子.) 增透膜的原理是把光当成一种波来考虑的，因为光波和机械波一样也具有干涉的性质。 在镜头前面涂上一层增透膜(一般是"氟化钙",微溶于水),如果膜的厚度等于红光(注意：这里说的是红光)在增透膜中波长的四分之一时,那么在这层膜的两侧反射回去的红光就会 发生干涉,从而相互抵消,你在镜头前将看不到一点反光,因为这束红光已经全部穿过镜头了. 为什么我从来没有看到没有反光的镜头? 原因很简单,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头，一般情况下都是让绿光全部进入的，这种情况下，你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色，因为这反射光中已经没有了绿光。膜的厚度也可以根据镜头的色彩特性来决定。 定义及其设计： 二十世纪三十年代发现的增透膜促进了薄膜光学的早期发展.对于技术光学的推动来说，在所有的光学薄膜中，增透膜也起着最重要的作用.直至今天，就其生产的总量来说，它仍然超过所有其他的薄膜因此，研究增透膜的设计和制备教术，对于生产实践有着重要的意义. 我们都知道，当光线从折射率n0的介质射入折射率为n1的另一介质时，在两介质的分界面上就会产生光的反射.如果介质没有吸收，分界面是一光学表面，光线又是垂直入射，则反射率R为透射率为 透射率为：

增透膜的原理及应用

增透膜的原理及应用 摘要：在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜,这种薄膜就叫增透膜。本文分别从能量守恒的角度对增透膜增加透射的原理给予定性分析；根据菲涅尔公式和折射定律对增透膜增加透射的原理给予定量解释；利用电动力学的电磁理论对增透膜增加透射的原理给予理论解释。同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。 关键词：增透膜；干涉；增透膜材料；镀膜技术 1前言 在日常生活中，人们对光学增透膜的理解，存在着一些模糊的观念。这些模糊的观念不仅在高中生中有，而且在大学生中也是存在的。例如，有不少人认为入射光从增透膜的上、下表面反射后形成两列反射光，因为光是以波的形式传播的，这两列反射光干涉相消，使整个反射光减弱或消失，从而使透射光增强，透射率增大。然而他们无法理解：反射回来的两列光不管是干涉相消还是干涉相长，反射光肯定是没有透射过去，因增加了一个反射面，反射回来的光应该是多了，透射过去的光应该是少了，这样的话，应当说增透膜不仅不能增透，而且要进一步减弱光的透射，怎么是增强透射呢？也有人对增透膜的属性和技术含量不甚了解，对它进行清洁时造成许多不必要的损坏。随着人类科学技术的飞速发展，增透膜的应用越来越广泛。因此，本文利用光学及其他物理学知识对增透膜原理给以全面深入的解释，同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。让人们对增透膜有一个全面深入的了解，进而排除在应用时的无知感和迷惑感。 2增透原理 2．1 定性分析 光学仪器中，光学元件表面的反射，不仅影响光学元件的通光能量；而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器的成像质量。为了解决这些问题，通常在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜，目的是为了减小元件表面的反射光，这样的膜叫光学增透膜（或减反膜）。 这里我们首先从能量守恒的角度对光学增透膜的增透原理给予分析。一般情况下，当光入射在给定的材料的光学元件的表面时，所产生的反射光与透射光能量确定，在不考虑吸收、散射等其他因素时，反射光与透射光的总能量等于入射光的能量。即满足能量守恒定律。当光学元件表面镀膜后，在不考虑膜的吸收及散射等其他因素时，反射光和透射光与入射光仍满足能量守恒定律。而所镀膜的作用是使反射光与透射光的能量重新分配。对增透膜而言，分配的结果使反射光的能量减小，透射光的能量增大。由此可见，增透膜的作用使得光学元件表面反射光与透射光的能量重新分配，分配的结果是透射光能量增大，反射光能量减小。光就有这样的特性：通过改变反射区的光强可以改变透射区的光强。 2．2 定量描述

增透膜的厚度计算

增透膜的厚度计算 根据光的干涉原理，定量计算增透膜的厚度。 当某一频率光分为两束，在重新相遇时，若经过的光程差为kλ（k=0、1、2、3…），发生相长干涉，光被加强；若光程差为（2k+1）λ2（k=0、1、2、3…），发生相消干涉，光被减弱，变成暗纹。 某频率的光在真空中波长为λ，垂直射向某厚度为d的薄膜的折射率为n2，周围介质的折射率为n1、n3，且n1 Δx=（2n2d+λ2）-λ2=2n2d 当Δx=kλ，k=1、2、3…时，两反射光相叠加，反射光被加强，出现明纹。 当Δx=（2k+！）λ2，k=0、1、2、3…时，两反射光相叠加，相互削弱，出现暗纹，即 2n2d=（2k+1）λ2 d=2k+14n2λ 当k=0时，增透膜的厚度最小，最小值为 dmin=14 λn2 注意到λn2是光在介质中的波长14，即增透膜的最小厚度是光在介质中波长的。这正是高中物理课本中的结论。 以下是两个具体的例子。 例1、一台照相机的镜头折射率为1.50，表面上涂敷一层折射率为1.38的增透膜，即MgF2，若使镜头对人眼和照相机底片最敏感的黄绿光（λ=550nm）反射最小，试求增透膜的最小厚度d是多少？ 假设光是垂直入射。 解、设增透膜的厚度为d，空气、增透膜和玻璃的折射率分别为n1、n2、n3，入射光1在增透膜的上、下表面上的反射光2、3的光程差为Δx=2n2d，如果要使反射光消失，须满足 Δx=2n2d=（2k+1）2λ （k=0、1、2、3…）

增透膜的厚度为 d=2k+14n2λ 当k=0时，增透膜的厚度最小，最小厚度是 dmin=λ4n2=550×10-94×1.38m =9.96×10-8m. 由于反射光中缺少了黄绿光，所以，镜头呈淡紫色。 例2、为了减少从玻璃表面反射光的成分，在玻璃表面敷一层薄膜，即增透膜，增透膜的折射率小于玻璃的折射率。当入射光包含波长为λ1=700nm和λ2=420nm情况下，为使这两种波长的反射光被最大限度减弱，在玻璃表面上敷有折射率为n=43的增透膜，假设这两种光在增透膜中折射率基本相同皆为n。则这种增透膜的最小厚度是多少？ 解、设增透膜的厚度为d，若使波长为λ1的反射光消失应满足 2nd=2k1+12λ1 ① 其中k1=0、1、2、3… 若使波长为λ2的反射光消失，应满足 2nd=2k2+12λ2 ② 其中k2=0、1、2、3…，由①②两式可得 3k2=5k1+1 ③ 显然，当k1=1、k2=2时，波长为λ1、λ2的入射光在增透膜的前后表面反射光的相位差都是π，叠加时，都会产生相消干涉，增透膜的最小厚度为 dmin=34nλ1=916×700nm =394nm.

滤波片的增透膜作用及原理分析

在日常生活中，人们对光学增透膜的理解，存在着一些模糊的观念。这些模糊的观念不仅在高中生中有，而且在大学生中也是存在的。例如，有不少人认为入射光从增透膜的上、下表面反射后形成两列反射光，因为光是以波的形式传播的，这两列反射光干涉相消，使整个反射光减弱或消失，从而使透射光增强，透射率增大。然而他们无法理解：反射回来的两列光不管是干涉相消还是干涉相长，反射光肯定是没有透射过去，因增加了一个反射面，反射回来的光应该是多了，透射过去的光应该是少了，这样的话，应当说增透膜不仅不能增透，而且要进一步减弱光的透射，怎么是增强透射呢？也有人对增透膜的属性和技术含量不甚了解，对它进行清洁时造成许多不必要的损坏。随着人类科学技术的飞速发展，增透膜的应用越来越广泛。因此，本文利用光学及其他物理学知识对增透膜原理给以全面深入的解释，同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。让人们对增透膜有一个全面深入的了解，进而排除在应用时的无知感和迷惑感。 2增透原理 2．1 定性分析 光学仪器中，光学元件表面的反射，不仅影响光学元件的通光能量；而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器的成像质量。为了解决这些问题，通常在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜，目的是为了减小元件表面的反射光，这样的膜叫光学增透膜（或减反膜）。 这里我们首先从能量守恒的角度对光学增透膜的增透原理给予分析。一般情况下，当光入射在给定的材料的光学元件的表面时，所产生的反射光与透射光能量确定，在不考虑吸收、散射等其他因素时，反射光与透射光的总能量等于入射光的能量。即满足能量守恒定律。当光学元件表面镀膜后，在不考虑膜的吸收及散射等其他因素时，反射光和透射光与入射光仍满足能量守恒定律。而所镀膜的作用是使反射光与透射光的能量重新分配。对增透膜而言，分配的结果使反射光的能量减小，透射光的能量增大。由此可见，增透膜的作用使得光学元件表面反射光与透射光的能量重新分配，分配的结果是透射光能量增大，反射光能量减小。光就有这样的特性：通过改变反射区的光强可以改变透射区的光强。 2．2 定量描述 光从一种介质反射到另一种介质时，在两种介质的交界面上将发生反射和折射，把反射 光强度与入射光强度的比值叫做反射率。用表示，，和分别表示反射光和入射光的振幅。 设入射的光强度为1，则反射光的强度为，在不考虑吸收及散射情况下，折射光的 的介强度为（1-ρ）。根据菲涅尔公式和折射定律可知：当入射角很小时，光从折射率n 1 质射向折射率n 介质，反射率 2

光学设计中增透膜的设计与分析

用于玻璃和塑料基底上的增透膜 在众多的光学系统中，一个相当重要的组成部分是镜片上能降低反射的镀膜。在很多应用领域中，增透膜是不可缺少的，否则，无法达到应用的要求。 就拿一个由18块透镜组成的35mm的自动变焦的照相机来说，假定每个玻璃和空气的界面有4%的反射，没有增透的镜头光透过率为27%，镀有一层膜（剩余的反射为1.3%）的镜头光透过率为66%，镀多层膜（剩余的反射为0.5%）的为85%。 在这篇文章中，列举了一些简单的增透膜和使用的材料。值得注意的是由于玻璃可以被高温加热，而塑料不能，因此，对玻璃和塑料必须选用不同的膜料和膜层设计。 用于玻璃基底的增透膜 经典的单层增透膜由一薄层MgF2构成，MgF2在510nm时的折射率为n=1.38，需要的膜厚为d=92nm。因此，在510nm波长时膜层有一个光学密度（厚度）n*d为1/4的波长。镀在加热到250-300°C 的玻璃基底上的MgF2，不但牢固，稳定，并且相当方便，经济，直接使用蒸发船便可。 想得到更低的反射率，最简单的方法是镀一层CeF3和一层MgF2（各为1/4的光学厚度），可用蒸发船。图1是单层和2层膜的反射曲线。2层膜的优点是在可见光范围的中段有更低的反射率，缺点在于在红，蓝端的反射率上升过快。由于2层膜的效果不理想，为了达到理想的效果，必须使用3层或多层膜。iIvc4 3YV% 经典的3层膜由一层1/4光学厚度的中折射率物质（1.6-1.7)，一层1/2光学厚度的高折射率物质(2.0-2.2)和一层1/4光学厚度的低折射率物质组成。最常用的是Al2O3，ZrO2和MgF2。图1显示在整个光学敏感段（410-680nm）的反射率低于0.5%。 3层增透膜的膜料选择 膜料对膜层效果有决定性的影响。除了理想的折射率，每次镀膜时稳定的折射率，均匀的膜层，低吸收性，牢固性，稳定性也非常重要。 MgF2是最常用的第三层低折射率物质。但是，由于塑料不能被高温加热，用MgF2会使膜层变软和不稳定，此时，SiO2是最佳的选择。 Al2O3是最常用的第一层中折射率物质。它的膜层从红外到紫外线有相当高的透过率，十分牢固，稳定，并且每次镀膜时有稳定的折射率。 ZrO2通常被用作第二层高折射率物质。它的优点是从250到7000nm有宽广的透过率，并且，膜层牢固，稳定。但是，每次镀膜时呈现不同的折射率，也就是折射率会随着膜厚的增加而降低，这种现象可能和它的特殊晶体结构有关。图2显示了在五个单独的膜层中ZrO2不同的折射率。我们可以看到和和同次性的膜料相比，折射率有急剧的上升，特别是在中段。ZrO2的另一个缺点是在蒸发是它只是部分的溶解，因此，很难得到均匀的膜厚。 为了减少单体氧化物的这些缺点，可以使用混合氧化物。这些混合料可以根据客户不同的折射率需要来生产。德国默克公司根据客户大量的实际使用情况和多年的膜料生产经验，研制开发了一系列的混合料：H1，高折射率，2.1-2.15 H2，高折射率，2.1-2.15 H4，高折射率，2.1-2.15 M1，中折射率，1.65-1.7 H1,H2和H4可以被用来生产高折射率的膜层，在250°C的基底上2.1-2.15的折射率具有同次性。M1可以被用来生产中折射率得膜层。H1,H4和M1也能镀在未经加热的基底上，折射率会降低。 H1在从可见光到紫外的波段内有相当高的透过率，在360nm左右有吸收。但是，同ZrO2一样，无法从溶解的状态下被蒸发，因此较难得到比较均匀的膜层。H2在可见光的波段内有很高的透过率，但是在380nm时有截止吸收，这意味着当镀膜条件不理想时，1/2光学厚度的末曾在400nm时会有0.5%的吸收。H2的优点在于它能从溶解的状态下被蒸发，因此有良好的同次性和均匀的膜厚。 H4在可见光的波段内有很高的透过率，像H1一样，在360n左右有吸收。它也能从溶解的状态下被蒸发，具有良好的同次性和均匀的膜厚。 图3显示了用ZrO2(n=2.05)和上述混合料(n=2.15)的3层增透膜的反射曲线得比较。从中可以看出用

增透膜原理

增透膜原理 增透膜原理: 增透膜原理：“当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个面上反射的光，路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消。这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。” 其一是当光从一种介质进入另一种介质时，如果两种介质的折射率相差减小，反射光的能量减小，透射光的能量增加。当光射到两种透明介质的界面时，若光从光密介质射向光疏介质，光有可能发生全反射；当光从光疏介质射向光密介质，反射光有半波损失。对于玻璃镜头上的增透膜，其折射率大小介于玻璃和空气折射率之间，当光由空气射向镜头时，使得膜两面的反射光均有半波损失，从而使膜的厚度仅仅只满足两反射光的光程差为半个波长。膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多经历的路程，即为膜的厚度的两倍。所以，膜厚应为光在薄膜介质中波长的1/4，从而使两反射光相互抵消。由此可知，增透膜的厚度d ＝λ/4n（其中n为膜的折射率，λ为光在空气中的波长）。 如果镜头表面不涂薄膜，光直接由折射率为n1=1.0空气垂直入射到折射率为n2=1.5的玻璃的介面时，反射率，即将有4%的入射光能被反射，96%的入射光能进入玻璃，这说明光学器件表面的反射光会导致光能损失。进入玻璃的光再从玻璃垂直进入空气的分介面时，透射光与入射光相比，又要产生相同比例的能量损失。即一个简单玻璃透镜，光通过它的两个透光表面，透射光的强度I只占原入射光强度I0 的。 人们普遍使用较高级照相机的物镜、潜水艇上用的潜望镜等一般都由多个透镜组成，其目的是利用凸透镜和凹透镜的不同性质消除相差。光能损失越大，所成像的质量越差，而且反射光还可能被其它表面再反射到像的附近，形成有害的杂光，将进一步减弱成像质量。 如果在玻璃镜头表面涂上一层其折射率介于玻璃和空气之间的透明介质，当有增透膜时透射光的能量是原入射光能量的。增加氟化镁薄膜后，透射光能提高了97.3％－92％＝5.3％，所以反射光能减少了。则涂有增透膜的6个透镜组成的镜头，与相同情况下光直接由空气进入玻璃镜头时相比较，提高了透射光能量84.8%-61%=23.8%，减少了光的反射损失。 利用薄膜干涉的原理，增加了透射光的能量。因为当光从光疏介质射向光密介质时，反射光有半波损失，即反射光与入射光相位恰好相反。

增透膜与高反膜

增透膜与高反膜 薄膜干涉使用扩展光源，虽然相干性不好，但因能在明亮环境观察，所以实用价值高。利用上述原理可以测定薄膜的厚度e或光波波长λ。在光学器件上镀上一层厚度为d的薄膜，使强度相等的两束反射光（或透射光）的光程差δ满足干涉加强（δ=kλ）或减弱（δ=(k+1/2) λ）条件，可以提高光学器件的透射率或反射率。增加透射率（即透射光的光程差δ=kλ）的薄膜叫增透膜，增加反射率（即反射光的光程差δ=kλ）的薄膜叫高反膜。增透膜和高反膜常用在光学仪器的镜头上。由于相邻两束光的强度不等，实际常采用多层膜，使高反膜的反射率达99%以上。 减反射膜 涂敷在透明光学元件表面、用来消除或减弱反射光以达增透目的的光学薄膜。又称增透膜。最简单的减反射膜是单层介质膜，其折射率一般介于空气折射率和光学元件折射率之间，使用最普遍的介质膜材料为氟化镁。减反射膜的工作原理是基于薄膜干涉原理。入射光在介质膜两表面反射后得两束相干光，选择折射率适当的介质膜材料，可使两束相干光的振幅接近相等，再控制薄膜厚度，使两相干光的光程差满足干涉极小条件，此时反射光能量将完全消除或大大减弱。反射能量的大小是由光波在介质膜表面的边界条件确定，适当条件下可完全没有反射光或只有很弱的反射光。单层减反射膜只能对某个波长和它附近的较窄波段内的光波起增透作用，为在较宽的光谱范围达到更有效的增透效果，常使用多层介质膜。常见的多层膜系统是玻璃-高折射率材料低折射率材料-空气，简称gHLa系统。H层通常用二氧化锆（n＝2.1）、二氧化钛（n＝2.40）和硫化锌（n＝2.32）等，L层一般用氟化镁（n＝1.38）等。 减反射膜广泛用于各种光学元件的表面处理，例如照相机镜头上涂减反射膜后，可减少由反射引起的杂散光并显著增加像的亮度。

多层增透膜的理论解释

多层增透膜的理论解释 4.1 λ/4增透膜 λ/4的光学增透膜（下面讨论时光学元件用玻璃来代替, 初始入射介质用空气来代替）, 一般为在玻璃上镀一层光学厚度为λ/4的薄膜,且薄膜的折射率大于空气的折射率, 小于玻璃的折射率由菲涅耳公式知, 光线垂直人射时, 反射光在空气一薄膜界面和薄膜一玻璃界面都有半波损失设空气、镀膜、玻璃的折射率分别为n0,n1,n2且n2>n1>n0定义R01,T01为空气-薄膜界面的反射率与透射率,R01，T01为薄膜-空气界面的反射率与透射率,R12，T12为薄膜-玻璃界面的反射率与透射率, R21，T21为玻璃-薄膜界面的反射率与透射率如图4-1所示示, 为了区分人射光线和反射光线, 这里将入射光线画成斜入射，图4-1中反射光线1和2的光程差为λ/2, 这样反射光便能完全相消由菲涅耳公式知道, 光垂直通过界面时, 反射率R 和透射率T 与折射率n 的关系为： 2 212 11221122 1 21221 122 101 00110012 1011001)(41) ()(41) (n n n n R T T n n n n R R n n n n R T T n n n n R R += -==+-==+=-==+-== 设人射光的光强为I0, 则反射光线1的光强I1=I0R0, 反射光线2的光强I2=I0I01R12T10。余下的反射光的光强中会出现反射率的平方,因为反射率都比较小, 故可不再考虑。λ/4的光学增透膜使反射光线1与反射光线2的光程差为δ=2n1d1=λ/2, 故相位差为л, 由干涉理论知, 干涉后的光强为: 212010102121)(cos R T R I I I I I I p -=++=π 因为折射率n0,n1,n2比较接近，例如n0=1,n2=1.5的界面，T=96%，故可近似地取T01和T10为1，若使Ip 为0 ，则有R01=R12，即： 21 21220101)()(n n n n n n n n +-=+-

单双多层增透膜的原理及应用

单双多层增透膜的原理 及应用 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

单、双、多层增透膜的原理及应用 （转载自网络并整理） ? 单层λ/4增透膜 λ/4的光学增透膜（下面讨论时光学元件用玻璃来代替, 初始入射介质用空气来代替）, 一般为在玻璃上镀一层光学厚度为λ/4的薄膜,且薄膜的折射率大于空气的折射率, 小于玻璃的折射率由菲涅耳公式知, 光线垂直人射时, 反射光在空气一薄膜界面和薄膜一玻璃界面都有半波损失设空气、镀膜、玻璃的折射率分别为n0,n1,n2 且n2>n1>n0定义R01,T01为空气-薄膜界面的反射率与透射率,R01，T01为薄膜-空气界面的反射率与透射率,R12，T12为薄膜-玻璃界面的反射率与透射率, R21，T21为玻璃-薄膜界面的反射率与透射率如图4-1所示示, 为了区分人射光线和反射光线, 这里将入射光线画成斜入射，图4-1中反射光线1和2的光程差为λ/2, 这样反射光便能完全相消由菲涅耳公式知道, 光垂直通过界面时, 反射率R 和透射率T 与折射率n 的关系为： 设人射光的光强为I0, 则反射光线1的光强I1=I0R0, 反射光线2的光强I2=I0I01R12T10。余下的反射光的光强中会出现反射率的平方, 因为反射率都比较小, 故可不再考虑。λ/4的光学增透膜使反射光线1与反射光线2的光程差为δ=2n1d1=λ/2, 故相位差为л, 由干涉理论知, 干涉后的光强为: 因为折射率n0,n1,n2比较接近，例如n0=1,n2=的界面，T=96%，故可近似地取T01 和T10为1，若使Ip 为0 ，则有R01=R12，即： 由n2>n1>n0得201n n n ，当上式成立时，反射率最小，透射率最大。但是涂一层膜也有不足之处，因为常用的λ/4光学增透膜MgF2,MgF2的折射率为,*=，而玻璃的折射率一般在~之间，所以用MgF2增透膜不能使反射光光强最小，再者，一波长为λ+Δλ的光垂直

半波损失与增透膜原理

半波损失与增透膜原理 这是2010年10月在仪器信息网上由版主祥子发起的一个讨论，我参与讨论，但总觉得还不够深入。转载到这里，希望和更多的同行讨论这个问题。https://www.360docs.net/doc/8514192900.html,/shtml/20101117/2932956/index.shtml 关于半波损失或者相位突变，版主的论述比较详细，转载如下（略有编辑），并提出我的问题（红色字体部分）： 增透膜中的半波损失 一。基本概念 图1所示为增透膜示意图，其中ｎ0、ｎ1、ｎ2分别表示空气、膜层和玻璃的折射率，如空气的折射率ｎ0＝1，ＭｇＦ2的折射率ｎ1＝1．38，冕牌玻璃的折射率ｎ2＝1．52。n0相对于n1就是光疏介质，n1相对于n2就是光疏介质。当入射光线SA从no射入n1时，在no和n1的界面反射，由于n0

增透膜为什么会增透

问题讨论既然被反射出来,为何可增加透射光强度 ??对增透膜原理的讨论 几乎所有的高中物理教材在讲光的薄膜干涉时,都介绍了薄膜干涉的一个重要应用??增透膜。如照相机、摄像机等的镜头看上去呈淡紫色，就是因为这些镜头上镀了一层增透膜。其原理是：当入射光照到镜头时，如果从薄膜前后两表面反射来的两列光波其路程差恰好等于半波长的奇数倍,两列波便产生相消干涉,振动减弱,于是大大地加强了透射光的强度，达到增透的目的。而镜头上呈淡紫色，是因为射来的白光中含有由红到紫的七种单色光，其波长各不相同，人们便选择薄膜的厚度使之等于绿光在薄膜中传播时波长的1/4，于是反射的绿色被较好地抵消，其余的光抵消较弱，特别是波长与绿光相差较远的红光和紫光，故镜头看起来呈淡紫色。 可是，有同学问：光既然被反射出来了，为什么可以使透射光的强度增大呢？我从以下几方面进行了解释。 一、从能量守恒的角度分析 按照波动理论，光是一种波，是传递能量的一种形式。当两列相干波相遇时，如果波程差恰好等于半波长的奇数倍，即波峰与波谷相遇，则两列波相互抵消，合振幅为零，即振动能量减弱至零。而光传播的总能量是守恒的，反射光能量减弱，必有透射光能量增强，故可增透。 二、从干涉的本质上理解 设从前界面A反射来的光记为波Ⅰ,从后界面B反射来的光记为波Ⅱ。是不是这两列波都被反射出来以后才发生相消干涉呢？事实并非这样。当波Ⅱ到达界面A时，与波Ⅰ相遇，如果薄膜厚度恰为光在薄膜介质中波长的1/4，则波Ⅱ在介质中的总路程为半个波长，即两列波的波程差为半个波长，两者振动方向相反，相互抵消。这一过程应该发生在波Ⅰ即将被反射出来之际，而不是反射后才发生。即在这里波Ⅰ实际上并没有反射出来，或只反射出来抵消后的一小部分。而波Ⅱ在界面A处实际上相当于被“弹回”。因而两列光波实际上并没有反射出去，而是被透过了薄膜，即可以增透。 上面第二种解释不一定很恰当，还望与同仁们共同探讨。

增透膜

Anti-Reflection Film 增透膜原理：“当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个面上反射的光，路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消。这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。” 其一是当光从一种介质进入另一种介质时，如果两种介质的折射率相差减小，反射光的能量减小，透射光的能量增加。当光射到两种透明介质的界面时，若光从光密介质射向光疏介质，光有可能发生全反射；当光从光疏介质射向光密介质，反射光有半波损失。对于玻璃镜头上的增透膜，其折射率大小介于玻璃和空气折射率之间，当光由空气射向镜头时，使得膜两面的反射光均有半波损失，从而使膜的厚度仅仅只满足两反射光的光程差为半个波长。膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多经历的路程，即为膜的厚度的两倍。所以，膜厚应为光在薄膜介质中波长的1/4，从而使两反射光相互抵消。由此可知，增透膜的厚度d＝λ/4n （其中n为膜的折射率，λ为光在空气中的波长）。 如果镜头表面不涂薄膜，光直接由折射率为n1=1.0空气垂直入射到折射率为n2=1.5的玻璃的介面时，反射率，即将有4%的入射光能被反射，96%的入射光能进入玻璃，这说明光学器件表面的反射光会导致光能损失。进入玻璃的光再从玻璃垂直进入空气的分介面时，透射光与入射光相比，又要产生相同比例的能量损失。即一个简单玻璃透镜，光通过它的两个透光表面，透射光的强度I只占原入射光强度I0 的。 人们普遍使用较高级照相机的物镜、潜水艇上用的潜望镜等一般都由多个透镜组成，其目的是利用凸透镜和凹透镜的不同性质消除相差。光能损失越大，所成像的质量越差，而且反射光还可能被其它表面再反射到像的附近，形成有害的杂光，将进一步减弱成像质量。 如果在玻璃镜头表面涂上一层其折射率介于玻璃和空气之间的透明介质，当有增透膜时透射光的能量是原入射光能量的。增加氟化镁薄膜后，透射光能提高了97.3％－92％＝5.3％，所以反射光能减少了。则涂有增透膜的6个透镜组成的镜头，与相同情况下光直接由空气进入玻璃镜头时相比较，提高了透射光能量84.8%-61%=23.8%，减少了光的反射损失。 利用薄膜干涉的原理，增加了透射光的能量。因为当光从光疏介质射向光密介质时，反射光有半波损失，即反射光与入射光相位恰好相反。 若光直接由空气垂直射到玻璃镜头的表面时，反射光将直接与入射光相遇发生干涉相消，反射光抵消一部分入射光，使透射光的能量减少。 若在玻璃镜头表面涂上一层薄膜，使它的厚度等于光在薄膜中波长的四分之一。 当光再由空气射向镜头时，由于薄膜两个面的反射光均有半波损失，膜后表面的反射光比膜前表面反射光的光程差恰好相差半个波长，此时产生干涉相消的不是反射光与入射光，而是

镜头镀膜原理

镜头镀膜原理 为什么镜头和镜片上需要镀膜？这是因为任何物体对光线都有反射作用，连无色透明的玻璃也不例外，差别在于光线的角度是否会形成反射效果。对于理想状态下的镜片而言，光线能够完全透过镜头，并正确的在底片或CCD 上完全聚焦。然而，事实上却是，每一种镜片都受到自身物理因素的限制，导致像差的产生（详见上一讲），所以，由众多有『问题』的镜片所结合而成的镜头是不可能让理论上所有各种角度的光线完全穿过。以氧化镧光学玻璃为例子，其透光率可达到90%以上，剩下的10% 则会反射出去，形成炫光。为了弥补这项缺失，后来的镜片研究者开发了在透镜表面镀上一层膜来增加透光效果。 不镀膜的镜头，其镜片的透光率比较低，镜片表面的反光比较严重，称为“白头”，对光谱中的各种光线都有较强的反射，因此反光的综合颜色发白。 单层镀膜的镜头，其镜片表面的反光较弱，它能大大增加光谱中部的黄绿光透过率，只有光谱两端的红光和蓝光才被反射，因此反光一般呈淡蓝紫色。 多层镀膜的镜头，其镜头的透光率极高，镜片表面的直接反光很弱，盖上镜头尾盖，正对着镜片玻璃逆光观看，只见镜头内“很黑”，只有从镜片的侧面观察才可以看到彩色的反光，这种反光多为深红（大幅增透蓝光）、深蓝（大幅增透红光）、深黄（大幅增透蓝绿光）和深绿色，其中深绿色的镀膜可以同时增加光谱两端的蓝光和红光的透过率，只有光谱中部的黄绿色光才被反射回来，因为这种增透膜的透过率曲线有红、蓝两个增透峰值，就像两个驼峰一样，故又称为“双峰膜”。多层镀膜的镜头，其各个镜片不可能都镀上同一种增透膜，否则这个镜头就会发生偏色。 因此，每一个镜头的不同镜片，要根据镜片所用的材质及其对不同色光的吸收程度，分别镀上不同特性的增透膜，相互搭配起来，既能使镜头总的透光率增加，又能使镜头对色光的透过率达到平衡，做到既不偏蓝也不偏红。因此，不同材质的镜片就要镀上不同特性的增透膜，所以其镜片反光的颜色也不可能相同。 镀膜的作用在于-可以减少光线的反射，提高影像的亮度，并可排除因光线反射而产生的光晕现象，得到良好的反差。UV镜不会影响镜头的使用，加装了UV镜能更好的保护镜头。 在镜片和空气的每一个交界面上,光线会反射4%-7%.这样,就减少了光线通过镜片的量.反射的光线会经过多次反射和折射,形成"鬼影",同时产生光晕,减低像片的反差.在单片镜头中,反射损失的光线在8%-14%之间.在三片结构的镜头中就可以损失光线25%以上.这样就减少了实际通光量,减低了有效孔径.在现代的镜头中,十多片镜片是常有的事.在这样的镜头中,如果没有加膜的话,非但通光量减小到无法使用的程度,内部反射光晕也使成像无发接受.经过加膜,可以使光线在一定波长的范围内减少反射,增加通光量,从而使多片镜片的镜头达到了实用的地步.

滤波片增透膜的原理

摘要：在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射损失，常在光学元件表面镀层透明介质薄膜,这种薄膜就叫增透膜。本文分别从能量守恒的角度对增透膜增加透射的原理给予定性分析；根据菲涅尔公式和折射定律对增透膜增加透射的原理给予定量解释；利用电动力学的电磁理论对增透膜增加透射的原理给予理论解释。同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。 关键词：增透膜；干涉；增透膜材料；镀膜技术 1前言 在日常生活中，人们对光学增透膜的理解，存在着一些模糊的观念。这些模糊的观念不仅在高中生中有，而且在大学生中也是存在的。例如，有不少人认为入射光从增透膜的上、下表面反射后形成两列反射光，因为光是以波的形式传播的，这两列反射光干涉相消，使整个反射光减弱或消失，从而使透射光增强，透射率增大。然而他们无法理解：反射回来的两列光不管是干涉相消还是干涉相长，反射光肯定是没有透射过去，因增加了一个反射面，反射回来的光应该是多了，透射过去的光应该是少了，这样的话，应当说增透膜不仅不能增透，而且要进一步减弱光的透射，怎么是增强透射呢？也有人对增透膜的属性和技术含量不甚了解，对它进行清洁时造成许多不必要的损坏。随着人类科学技术的飞速发展，增透膜的应用越来越广泛。因此，本文利用光学及其他物理学知识对增透膜原理给以全面深入的解释，同时对增透膜的研究和应用现状作一介绍。让人们对增透膜有一个全面深入的了解，进而排除在应用时的无知感和迷惑感。 2增透原理 2．1 定性分析 光学仪器中，光学元件表面的反射，不仅影响光学元件的通光能量；而且这些反射光还会在仪器中形成杂散光，影响光学仪器的成像质量。为了解决这些问题，通常在光学元件的表面镀上一定厚度的单层或多层膜，目的是为了减小元件表面的反射光，这样的膜叫光学增透膜（或减反膜）。 这里我们首先从能量守恒的角度对光学增透膜的增透原理给予分析。一般情况下，当光入射在给定的材料的光学元件的表面时，所产生的反射光与透射光能量确定，在不考虑吸收、散射等其他因素时，反射光与透射光的总能量等于入射光的能量。即满足能量守恒定律。当光学元件表面镀膜后，在不考虑膜的吸收及散射等其他因素时，反射光和透射光与入射光仍满足能量守恒定律。而所镀膜的作用是使反射光与透射光的能量重新分配。对增透膜而言，分配的结果使反射光的能量减小，透射光的能量增大。由此可见，增透膜的作用使得光学元件表面反射光与透射光的能量重新分配，分配的结果是透射光能量增大，反射光能量减小。光就有这样的特性：通过改变反射区的光强可以改变透射区的光强。 2．2 定量描述

增透膜和增反膜

增透膜和增反膜 1 增透膜 当光从空气n1= 1 到玻璃n2= 1. 5, 代入得R = 4 % , 即透镜表面约反射4%的入射光. 在各种光学仪器中, 为了矫正像差或其他原因, 往往采用多透镜的镜头. 为了避免反射损失, 在近代光学中都在透镜表面敷上一层薄膜, 其折射率小于仪器基板折射率使入射光在薄膜上下两表面的反射光干涉相消, 就可使反射光能减小, 透射光能相对增大，这样的膜, 叫做增透膜或消反膜。显然, 仅镀一层增透膜不可能同时对所有的波长和所有入射角都是消反射的。 2 对目视光学仪器 人眼视觉最敏感的波长是0 = 550 nm 的绿光至黄绿光, 对照相底片最敏感的感光波长是黄绿光. 所以, 如果用白光入射到涂敷有增透膜的镜头表面上, 对波长o 来说, 若nd =0/4,30/4,50/4, ?, 则波长0的反射率最小, 即透射率T 最大, 这时镜头上的薄膜只是减弱黄绿光的反射, 而紫光和红光因不符合反射干涉减弱的条件所以有较高的反射. 于是涂敷有增透膜的照相机镜头在日光下呈蓝紫色。 2. 1 透明膜的折射率 设白光由空气垂直投射到上面涂一层折射率为n2，厚度为d的玻璃上, 使o= 550 nm 的光产生完全消失, 为达到这个目的, 先考虑两束光, 除要产生相位差为外还要求两束光的振幅相等。 设入射振幅为Ao, 由菲涅耳公式, 垂直入射, 振幅, 因光的强度与振幅的平方成正比, 所以讨论振幅的反射率和透射率分别为: r1 =｜｜ t1= r2= t′1 = r1为涂层上表面的振幅反射率, r2为下表面的振幅反射率, t1为n1到涂层上表面的振幅透射率, t′1是涂层上表面由涂层内表面向折射率为n1振幅透射率. A 1 = r1A 0 =A0 A 2 = t1 r2 t′1A 0=｜ A 0 为减小反射, 增大振幅透射, 有≈ 1 故A 2≈｜｜A o, 完全相消干涉要求, 所以≈得n2= =1.225 但是目前找不到一种透明介质的折射率正好是1. 225, 既稳定又能牢牢附着在玻璃上的材料, 常用M gF2附着在玻璃上, 但折射率为n2= 1. 38, 略高于完全相消反射的折射率. 2. 2 膜的厚度 实际应用的波长有一定的波长范围, 对于不同于o 的波长的光, 光学厚度为o/4n 的薄膜, 对邻近波长的反射率与最小值差别不大, 而光学厚度为3o/4n，5o/4n 等薄膜, 反射率显著增大, 为使其他色光反射也较少, 应采用较薄的膜, 即光学厚度为0/4n 的膜, 简称o/4膜. 具体计算如下: 当正入射时, 涂层的厚度d 应满足2n2d = (2j+ 1)0/2 j=0,1,2 ?

增透膜

增透膜 朱思强 在任何一个光学系统中，光总要经过一系列透光面，在每个透光面的表面上，一部分光反射，一部分光折射。设光垂直射在透镜表面上，由菲涅耳反射、折射公式可知，反射率R （反射光强度与入射光强度之比）可由下式计算 ?????? ??+-=0101112n n n n R 如光从空气中入射则10=n ，玻璃折射率5.11=n ，代入上式得R =4%,即透镜每个表面约反射4%的入射光。对包含许多透光面的光学系统，如国产DF 照相机的镜头由6片透镜组成，除两片透镜胶合的表面外，有8个表面与空气交界。按上述计算，透过一个表面的光能是入射光能的96%，所以透过8个表面后的光能是原入射光能的%72)96.0(8=，即有28%的光能被反射掉。对成像来说，这部分光能便损失了。这不但使底片上像的亮度显著降低，并且有一部分反射光经多次反射后，也杂乱地到达底片，还会降低像的清晰度。又如棱镜望远镜有12个透光面，潜望镜有30～40个透光面等，因表面反射而损失的光能就更大，甚至可达到70%～80%。 如在透光面上镀一层折射率小于基板折射率的透明介质薄膜，使入射光在薄膜上、下两个表面的反射光干涉相消，就可使反射光能减小，透射光能相对增大。这样的膜叫减反射膜或增透膜。 如图75-1所示，在折射率为n '的玻璃上镀一层厚 度为e 、折射率为n 的透明介质薄膜。当波长为λ的光 垂直入射时，两束反射光的光程差 ()2122λδ+==k ne k =0,1,2… 反射光因干涉而互相抵消。上式中λ是光在真空（或近似在空气中）的波长。光在媒质中的波长与媒质的折射率n 有关n n λλ=。凡是涉及光程差或光学厚度，图75-1