研究仪器设备光学薄膜在仪器设备上运用

更新时间:2024-02-14 点赞:16816 浏览:72206 作者:用户投稿原创标记本站原创

摘要:本文研究了光学薄膜在各种仪器设备方面的应用,依据光学薄膜的性质特点,介绍了光学薄膜在望远镜、摄像机、照相机、显微镜等系统,眼镜片、照明设备中的应用。
关键词:光学薄膜 薄膜应用 薄膜制备
1672-1578(2013)04-0178-01
光学薄膜的应用始于20世纪30年代。现代,光学薄膜已广泛用于光学和光电子技术领域,制造各种光学仪器。光学薄膜的特点是:表面光滑,膜层之间的界面呈几何分割;膜层的折射率在界面上可以发生跃变,但在膜层内是连续的;可以是透明介质,也可以是吸收介质;可以是法向均匀的,也可以是法向不均匀的。本文依据光学薄膜的性质特点,介绍了不同作用的光学薄膜在以下几个仪器设备中的的应用。
1 望远镜上的光学薄膜
常见的望远镜镜头上呈蓝色或红。当膜是蓝色的它属于单层氟化镁,它的折射率N=1.38,相对于基质玻璃的折射率N=1.5较小(目前还找不到射率N=1.22的材料) ,膜层材料折射率小于基质折射率,膜就会产生增透的效果。而当膜层材料折射率大于基质折射率时,膜就会产生增反的效果。由于它是针对人眼敏感的黄绿光(λ=550nm)设计的λ/4光学厚膜,对在离开550nm波长稍远的光波,此膜所产生的反射率增大,因此我们看到这种膜为蓝色(λ=400nm)或紫红色(λ=380nm及780nm)。同样道理,如果把允许通过的光波范围设计在偏离红黄的区域,这种增透膜会对红光谱的增透作用将略为降低,而对非红黄的蓝光真正增透,我们就会看到一种反射为红的膜,即此膜对红的光反射略为强。
在实际中,分别采用蓝膜和红膜的两架望远镜进行观察比较,就会发现:蓝膜镜观察到的景物略呈红,红膜望远镜镜观察到的景物呈淡蓝色,就是上述这个道理。
2 光学薄膜在摄像机、照相机上的应用
摄像机镜头,是让可见光范围内全部光谱最大限度透过,即透过波带要尽量的宽,从而获得真实地反映自然界色彩的效果,采用了三层膜系结构。
当基质玻璃折射率Ng1.65时,用λ/4-λ/4-λ/4形式。这种分层膜系,由于在更多的波谱处追求反射率为零,增透波带变宽,某些反射率不为零的色光被反射的情况相对突出起来,所以这种膜系更是五彩纷呈(如有绿红带黄的,以及其它一些色彩)。再者,由于薄膜对于入射白光的选择性反射,也因入射光的角度变化而发生相应变化,所以我们从不同的角度观察这些光学表面时,将会看到不同的色彩反光。通常,入射角度越大,红光的反射越大,所以侧面看镜头时多呈红。
为了与彩色显示设备中的三原色还原系统标准相一致,光电式彩色摄像机中所用的彩色分光系统,也是利用薄膜对光波的选择性透反作用,将白色光分离成三束原色光进入信号记录仪,以备在相应制式的放映系统中播放使用。
3 光学薄膜在显微上的应用
显微镜是用来观察极细微物质的光学系统,除了要对极其细微的物质充分照亮外,它的成像光学系统其必须尽可能地提高光通量,以减少光能反射损失,由于显微镜的光学系统较为复杂,光学表面多达20个左右,如不采取增透措施,其光通量可能降到30%,同时较强的反射光还会使杂散光增加,从而影响像的衬度、损害像的质量,所以它的镜片表面所镀的起增透作用的膜是必要的。
我们常见的显微镜物镜和目镜光学表面呈蓝色或紫红色,这是为了让波长为λ=550 nm的黄绿光有利通过,而在镜片上镀上氟化镁的效果,其光学厚度为λ/4根据透射对光谱的选择性曲线,在红光区及紫光区反射相对增加,因此所见的薄膜成紫红色或蓝色。
4 光学薄膜在眼镜镜片上的应用
如果镜片表面没有镀膜,会使观察者看戴镜者眼睛时,看到的却是镜片表面的一片白光或者是观察者的像。拍照时,这种反光还会严重影响戴镜者的美观。再者,由于屈光镜片的前后表面的曲率不同,它们之间会产生内反射光,内反射光会在远点球面附近产生虚像,也就是在视网膜的像点附近产生虚像点既“鬼影”。所以高折射率的镜片如果没有减反射膜,反射光会对戴镜者带来的不适感比较强烈。增透膜就利用了这个原理,在镜片的表面镀上增透膜,使得膜层前后表面产生的反射光相消干涉,达到增透的效果。
利用人眼敏感度较高的波长为555nm光波。膜层厚度应为基准光的1/4波长,当时,对于增透膜层,当镀膜的厚度过薄,反射光会显出浅棕,如果呈蓝色则表示镀膜的厚度过厚。镀减反射膜层的目的是为了减少光线的反射,并不可能完全做到没有反射光线。镜片的表面也总会有残留的颜色,残留颜色哪种是最好的,其实并没有标准,目前主要是以个人对颜色的喜好为主,较多的绿色色系。
同样,染色镜片或变色镜片的透光量会降低,但镜片表面的反射光依然存在,产生的鬼影和眩光依然会干扰视觉,影响戴镜者视物的清晰度和舒适性。所以染色镜片和变色镜片也是需要镀增透膜的。
5 光学薄膜在照明设备上的应用
利用光学薄膜的干涉特性,选择性地吸收,反射或透射照明光源中的红外辐射能量,已成为近年热性能光学控制薄膜的一个重要应用领域。其中对可见光具有很高透过率的红外高反射薄膜,用于白炽灯、卤素灯、低压钠灯等照明光源上,即可提高能量利用率,又能改变光源光谱的能量分布,满足特定照明的需求。红外高反射薄膜中用途较摘自:毕业论文翻译www.618jyw.com
广的是金属——介质复合膜和全介质多层干涉膜。
金属——介质复合膜最典型的薄膜,以较简单的结构实现了可见光透过红外高反射的目的,该薄膜的光学特性曲线。
采用膜系结构的金属——介质复合膜,用热蒸发方法镀制于白炽灯玻壳内表面,可使白炽灯的相对光谱能量分布中红外辐射能量几近为零,而可见光的光谱能量却较未镀膜时有所增加,使相同功率的镀膜白炽灯输出光通量较普通灯泡为大,起到了一定的节能作用。
参考文献:
王文梁等.光学薄膜消偏振技术及进展[J].光学仪器.2007,9.
显微技术与光学薄膜[J].现代显示.200

7.3,10-16.

[3]照明节能红外光学薄膜[J].红外技术.1993,4,33-36.
[4]顾培夫、薄膜技术[M].浙江: 浙江大学出版社,1990.
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