基于传输矩阵法的多层介质膜反射特性研究
发布时间：2021-06-15 00:34
薄膜干涉是大学物理波动光学教学的重要内容,也是薄膜光学的理论基础.薄膜干涉的一个重要应用是用于设计减反膜和高反膜.本文基于传输矩阵法,定量计算了多层介质膜的反射率.以BK7玻璃为例,无镀膜时在可见光范围内,其反射率约为4%.利用薄膜的相消干涉可以减少表面的反射率.镀一层减反膜时,对设计波长550 nm其反射率下降为1.3%,一旦偏离设计波长减反效果变差;镀两层减反膜时,在470 nm～670 nm范围内,减反效果明显改善,反射率均低于1.3%.利用薄膜的相长干涉可以增加表面的反射率.以熔石英为例,镀一层薄膜时,对设计波长1500 nm其反射率可由未镀膜时的3.3%提高到30%;镀七组薄膜时在1360 nm～1660 nm范围内其反射率均可达99%以上.通过这些定量计算,让学生更加深刻地理解所学理论知识在实际中的应用,培养工程意识,提高学习兴趣.
【文章来源】：大学物理. 2020,39(08)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
由N个相邻的均匀介质层构成的多层介质
菲涅耳公式可以计算两种介质分界面入射光的反射率和透射率[4],解释光的反射与折射的起偏及半波损失问题等.在垂直入射时,自然光由空气入射到某一介质时,介质的折射率越大,其反射率就越大. 图2(a)表示BK7玻璃表面在波长为550 nm的入射光下,s波、p波以及自然光在不同入射角下的反射率. BK7玻璃的折射率取自文献[5]. 在可见光光谱内,它的折射率约为1.52. 在垂直入射时,其反射率大概为4%.当入射角小于10度时,s波和p波反射率近似相等;一旦入射角增大,s波和p波表现出不一样的行为;p波在入射角约为57°时发生布儒斯特现象,这时它的反射率为0,全部透射;随着入射角的进一步增大,s波和p波的反射率迅速增加;掠入射时几乎全部反射. 对于入射自然光的情况,自然光可以看成具有一切可能振动方向的光波的总和,对所有可能的方位角取值所对应的反射率取平均,可以得到自然光反射率. 由于色散现象,当入射光波长改变时,玻璃的折射率亦发生改变.玻璃材料的折射率随波长的增加,折射率会逐渐减小.入射光垂直入射时,BK7玻璃随着入射波长的改变其反射率如图2(b)所示,随着入射光波长的增大,其反射率略微减小.在整个可见光光谱内,BK7玻璃表面的反射率变化不大,都可以近似为4%.玻璃分成2大类:冕牌玻璃和火石玻璃. 冕牌玻璃的特点是低折射率、低色散,火石玻璃的特点是高折射率、高色散.火石玻璃的折射率略高,反射率也略高,一般在5%左右.因此在粗略估计光学系统的光能损失时,冕牌玻璃反射率可以按照4%计算,火石玻璃反射率按照5%计算.对于硅片,在可见光区域,在波长550 nm附近,折射率大概为4.1[6],而且存在吸收现象,它的反射率要远大于玻璃.硅表面的反射情况如图3所示,在垂直入射时,在550 nm的入射光下,它的反射率大概为37%,入射角在约为76°发生布儒斯特现象.垂直入射时,随着入射光波长的增加,其反射率下降比玻璃明显,反射率从48%变化到32%.
玻璃分成2大类:冕牌玻璃和火石玻璃. 冕牌玻璃的特点是低折射率、低色散,火石玻璃的特点是高折射率、高色散.火石玻璃的折射率略高,反射率也略高,一般在5%左右.因此在粗略估计光学系统的光能损失时,冕牌玻璃反射率可以按照4%计算,火石玻璃反射率按照5%计算.对于硅片,在可见光区域,在波长550 nm附近,折射率大概为4.1[6],而且存在吸收现象,它的反射率要远大于玻璃.硅表面的反射情况如图3所示,在垂直入射时,在550 nm的入射光下,它的反射率大概为37%,入射角在约为76°发生布儒斯特现象.垂直入射时,随着入射光波长的增加,其反射率下降比玻璃明显,反射率从48%变化到32%.由此可见,在垂直入射时材料表面都存在菲涅尔反射,当反射面增多时,其反射光能的损失也增多. 以BK7玻璃为例,如果透镜的个数为3个透镜,一共6个和空气的接触面,反射能损失就达到22%;而更复杂的系统,透镜的个数更多,反射损失就相当可观了.为了减少入射光能在透镜玻璃表面上反射时所引起的损失,常常通过镀膜的方式,利用薄膜干涉减少反射损失,这就是减反膜.
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Macleod软件的分振幅薄膜干涉仿真教学[J]. 王文梁,戎晓红,陈华英. 大学物理. 2018(11)
[2]浅谈薄膜干涉现象中的几个问题[J]. 刘萍,苏亚凤,方爱平. 物理与工程. 2017(01)
本文编号：3230539
【文章来源】：大学物理. 2020,39(08)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
由N个相邻的均匀介质层构成的多层介质
菲涅耳公式可以计算两种介质分界面入射光的反射率和透射率[4],解释光的反射与折射的起偏及半波损失问题等.在垂直入射时,自然光由空气入射到某一介质时,介质的折射率越大,其反射率就越大. 图2(a)表示BK7玻璃表面在波长为550 nm的入射光下,s波、p波以及自然光在不同入射角下的反射率. BK7玻璃的折射率取自文献[5]. 在可见光光谱内,它的折射率约为1.52. 在垂直入射时,其反射率大概为4%.当入射角小于10度时,s波和p波反射率近似相等;一旦入射角增大,s波和p波表现出不一样的行为;p波在入射角约为57°时发生布儒斯特现象,这时它的反射率为0,全部透射;随着入射角的进一步增大,s波和p波的反射率迅速增加;掠入射时几乎全部反射. 对于入射自然光的情况,自然光可以看成具有一切可能振动方向的光波的总和,对所有可能的方位角取值所对应的反射率取平均,可以得到自然光反射率. 由于色散现象,当入射光波长改变时,玻璃的折射率亦发生改变.玻璃材料的折射率随波长的增加,折射率会逐渐减小.入射光垂直入射时,BK7玻璃随着入射波长的改变其反射率如图2(b)所示,随着入射光波长的增大,其反射率略微减小.在整个可见光光谱内,BK7玻璃表面的反射率变化不大,都可以近似为4%.玻璃分成2大类:冕牌玻璃和火石玻璃. 冕牌玻璃的特点是低折射率、低色散,火石玻璃的特点是高折射率、高色散.火石玻璃的折射率略高,反射率也略高,一般在5%左右.因此在粗略估计光学系统的光能损失时,冕牌玻璃反射率可以按照4%计算,火石玻璃反射率按照5%计算.对于硅片,在可见光区域,在波长550 nm附近,折射率大概为4.1[6],而且存在吸收现象,它的反射率要远大于玻璃.硅表面的反射情况如图3所示,在垂直入射时,在550 nm的入射光下,它的反射率大概为37%,入射角在约为76°发生布儒斯特现象.垂直入射时,随着入射光波长的增加,其反射率下降比玻璃明显,反射率从48%变化到32%.
玻璃分成2大类:冕牌玻璃和火石玻璃. 冕牌玻璃的特点是低折射率、低色散,火石玻璃的特点是高折射率、高色散.火石玻璃的折射率略高,反射率也略高,一般在5%左右.因此在粗略估计光学系统的光能损失时,冕牌玻璃反射率可以按照4%计算,火石玻璃反射率按照5%计算.对于硅片,在可见光区域,在波长550 nm附近,折射率大概为4.1[6],而且存在吸收现象,它的反射率要远大于玻璃.硅表面的反射情况如图3所示,在垂直入射时,在550 nm的入射光下,它的反射率大概为37%,入射角在约为76°发生布儒斯特现象.垂直入射时,随着入射光波长的增加,其反射率下降比玻璃明显,反射率从48%变化到32%.由此可见,在垂直入射时材料表面都存在菲涅尔反射,当反射面增多时,其反射光能的损失也增多. 以BK7玻璃为例,如果透镜的个数为3个透镜,一共6个和空气的接触面,反射能损失就达到22%;而更复杂的系统,透镜的个数更多,反射损失就相当可观了.为了减少入射光能在透镜玻璃表面上反射时所引起的损失,常常通过镀膜的方式,利用薄膜干涉减少反射损失,这就是减反膜.
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Macleod软件的分振幅薄膜干涉仿真教学[J]. 王文梁,戎晓红,陈华英. 大学物理. 2018(11)
[2]浅谈薄膜干涉现象中的几个问题[J]. 刘萍,苏亚凤,方爱平. 物理与工程. 2017(01)
本文编号：3230539
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