Оптика на тънки слоеве

Дихроични филтри, създадени чрез нанасяне на тънки слоеве

Оптиката на тънките слоеве е раздел от оптиката, който разглежда теорията и практическото приложение на тънките слоеве като оптични покрития. Те се нанасят върху оптично стъкло, от което се изготвят оптични системи. Целта е да повлияят върху отражението и пропускането на светлината и това се постига ако дебелината им е съизмерима с дължината на вълната.

Най-интересни свойства имат тънките слоеве с дебелина, равна на една четвърт от дължината на вълната, които в зависимост от показателя на пречупване максимално намаляват или увеличават отражението на светлината от повърхността.

Теория

Интерференция в четвърт-вълново просветляващо покритие

Ако светлина с дължина на вълната λ пада от среда с показател на пречупване $n_1$ под ъгъл на падане ${\theta }_1$ върху подложка от материал с показател на пречупване $n_3$, покрита с тънък слой с показател на пречупване $n_2$ и дебелина h, то при оптична дебелина на слоя (произведението от физическата дебелина и показателя на пречупване $H=n_{2}h$), кратна на λ както следва:

$H=\frac{\lambda }{4\cos {\theta }_2},\frac{3\lambda }{4\cos {\theta }_2},\frac{5\lambda }{4\cos {\theta }_2},\dots$

коефициентът на отражение се определя по формулата

$R={\left(\frac{r_{12}-r_{23}}{1-r_{12}{r}_{23}}\right)}^2$

където $r_{12}$ – е коефициентът на отражение на границата на средите 1 и 2, и в случай на нормално падане

$R={\left(\frac{n_1{n}_3-n_2^2}{n_1{n}_3+n_2^2}\right)}^2$.

Оттук следва, че коефициентът на отражение може да стане нула, ако материалите се подберат така, че $n_1{n}_3=n_2^2$. На този принцип работят просветляващите (антиотражателните, антирефлексните) покрития. Обикновено е трудно да се подбере вещество, за което това съотношение да се изпълнява идеално (а освен това е необходимо и слоят да има добра адхезия към стъклото, затова се използват вещества с близък показател на пречупване).

Ако $n_2^2\gg n_1{n}_3$, то коефициентът на отражение става близък до единица, което се използва за производство на огледала.

Вижте също

• Оптично покритие
• Формули на Френел