光學(xué)鏡頭上的增透膜原理

現(xiàn)代光學(xué)裝置，如攝影機、電影放映機的鏡頭、潛水艇的潛望鏡等，都是由許多光學(xué)元件棗透鏡、棱鏡等組成的。

進入這些裝置的光，在每一個鏡面上都有一部分光被反射，因此只有10～20%的入射光通過裝置，所成的像既暗又不清晰.計算表明，如果一個裝置中包含有六個透鏡，那么將有50%的光被反射.若在鏡面上涂上一層透明薄膜，即增透膜(其材料為氟化鎂)，就大大減少了光的反射損失，增強光的透射強度，從而提高成像質(zhì)量.單層增透膜的理論依據(jù)表明：當(dāng)膜的折射率n膜滿足：n=根號(n空*n玻)(其中n空、n玻分別為空氣和玻璃的折射率)時，反射光的強度為零，光的透射率為100%.對于一般折射率在1.5左右的光學(xué)玻璃，為了用單層膜達到100%的增透效果，其膜的折射率=1.22.折射率如此低的鍍膜材料很難找到。

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所以，現(xiàn)在一般都用折射率為1.38的氟化鎂(MgF2)鍍制單層增透膜.不過對于折射率較高的光學(xué)玻璃，單層氟化鎂膜能達到很好的增透效果.當(dāng)光射到兩種透明介質(zhì)的界面時，若光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，光有可能發(fā)生全反射;當(dāng)光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，反射光有半波損失.對于玻璃鏡頭上的增透膜，其折射率大小介于玻璃和空氣折射率之間，當(dāng)光由空氣射向鏡頭時，使得膜兩面的反射光均有半波損失，從而使膜的厚度僅僅只滿足兩反射光的光程差為半個波長.膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多經(jīng)歷的路程，即為膜的厚度的兩倍.所以，膜厚應(yīng)為光在薄膜介質(zhì)中波長的1/4，從而使兩反射光相互抵消。

由此可知，增透膜的厚度d=λ/4n(其中n為膜的折射率，λ為光在空氣中的波長).對于增透效果很好的氟化鎂膜，仍有約1.3%的光能量被反射，再加之對于其它波長的光，給定膜層的厚度不是這些光在薄膜中的波長的1/4倍，增透效果較差些.在通常情況下，入射光為白光，增透膜只能使一定波長的光反射時相互抵消，不可能使白光中所有波長的光都相互抵消.在選擇增透膜時，一般是使對人眼靈敏的綠色光在垂直入射時相互抵消，這時光譜邊緣部分的紅光和紫光并沒有完全抵消，因此，涂有增透膜的光學(xué)鏡面呈淡紫色.~現(xiàn)代光學(xué)裝置，如攝影機、電影放映機的鏡頭、潛水艇的潛望鏡等，都是由 許多光學(xué)元件棗透鏡、棱鏡等組成的.進入這些裝置的光，在每一個鏡面上都有一部分光被反射，因此只有10～20%的入射光通過裝置，所成的像既暗又不清晰。

計算表明，如果一個裝置中包含有六個透鏡，那么將有50%的光被反射.若在鏡面上涂上一層透明薄膜，即增透膜(其材料為氟化鎂)，就大大減少了光的反射損失，增強光的透射強度，從而提高成像質(zhì)量.單層增透膜的理論依據(jù)表明：當(dāng)膜的折射率n膜滿足：n=根號(n空*n玻)(其中n空、n玻分別為空氣和玻璃的折射率)時，反射光的強度為零，光的透射率為100%.對于一般折射率在1.5左右的光學(xué)玻璃，為了用單層膜達到100%的增透效果，其膜的折射率=1.22.折射率如此低的鍍膜材料很難找到。

所以，現(xiàn)在一般都用折射率為1.38的氟化鎂(MgF2)鍍制單層增透膜.不過對于折射率較高的光學(xué)玻璃，單層氟化鎂膜能達到很好的增透效果.當(dāng)光射到兩種透明介質(zhì)的界面時，若光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，光有可能發(fā)生全反射;當(dāng)光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，反射光有半波損失.對于玻璃鏡頭上的增透膜，其折射率大小介于玻璃和空氣折射率之間，當(dāng)光由空氣射向鏡頭時，使得膜兩面的反射光均有半波損失，從而使膜的厚度僅僅只滿足兩反射光的光程差為半個波長.膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多經(jīng)歷的路程，即為膜的厚度的兩倍.所以，膜厚應(yīng)為光在薄膜介質(zhì)中波長的1/4，從而使兩反射光相互抵消。

由此可知，增透膜的厚度d=λ/4n(其中n為膜的折射率，λ為光在空氣中的波長 ).對于增透效果很好的氟化鎂膜，仍有約1.3%的光能量被反射，再加之對于其它波長的光，給定膜層的厚度不是這些光在薄膜中的波長的1/4倍，增透效果較差些.在通常情況下，入射光為白光，增透膜只能使一定波長的光反射時相互抵消，不可能使白光中所有波長的光都相互抵消.在選擇增透膜時，一般是使對人眼靈敏的綠色光在垂直入 射時相互抵消，這時光譜邊緣部分的紅光和紫光并沒有完全抵消，因此，涂有增透膜的光學(xué)鏡面呈淡紫色.