Реферат: Багатопроменева інтерференція

Аналіз показує, що різкість інтерференційних смуг і їхній контраст збільшуються при зростанні коефіцієнта відображення. Якщо при двопроменевій інтерференції Q » 2 , то при багатопроменевій інтерференції (r = 0,9 ) Q » 30 , і різкість можна ще збільшити при r > 0,9 .

Для наочності представлення багатопроменевої інтерференції в пластині різкість Q прийнята ототожнювати з числом ефективно iнтерферуючих променів, розуміючи під цим число однаково інтенсивних променів, що дають екстремум тієї ж напівширини, що і нескінченно велике число променів спадної інтенсивності.

Багатопроменева інтерференція в клинчастій пластині призводить до одержання різких смуг рівної товщини, локалізованих на її поверхні; при цьому відбувається деяке порушення симетрії смуг і зменшення інтенсивності в максимумі. Наявність поглинання при багатопроменевій інтерференції істотно позначається на інтенсивності минулого світла. Наприклад, збільшення поглинання на 2% (r = 0,9 , a ₁ = 0,03 і a ₂ = 0,05 ) призводить до зменшення пропущення в максимумі в 2 рази.

Важливим практичним застосуванням інтерференції варто вважати просвітлюючі покриття, діелектричні дзеркала і світлофільтри.

При нормальному падінні світла на поверхню скла (n = 1.5 у видимій області спектра) коефіцієнт відображення r , обумовлений відомою формулою Френеля, складає 4% і росте зі збільшенням n . Наприклад, для германію в інфрачервоній області спектра n = 4 i r = 36%. В оптичних системах, що нараховує десятки поверхонь, відображення приводить до значних світлових утрат, що негативно позначаються на якості зображення, збільшуючи частку розсіяного світла.

З метою зменшення відбитого світла від заломлюючих поверхонь оптичних деталей на них тим чи іншим технологічним спосіб, наприклад нанесенням у вакуумі, формують тонкі прозорі шари, що одержали назву що просвітлюють. Найбільше часто використовують одношарові і двошарові покриття, що просвітлюють, однак у ряді випадків застосовують три і більше шарів.

Розглянемо відображення світла від одного шару (рис. 5, а ), утвореного на поверхні оптичної деталі (підбивки). Очевидно, що взаємне гасіння в результаті інтерференції двох відбитих променів з амплітудами А₁ і А₂ відбудеться при виконанні двох умов (рис. 5, б ); 1) рівності амплітуд А₂ = А₂ ; 2) зрушення фаз на p , тобто при різниці в напівхвилю ходу променів. З першої умови знаходять показник переломлення шару . Друга умова дозволяє визначити мінімальну товщину шару, що просвітлює, d = l /(4n₂ ) .

Перша умова не завжди вдається точно витримати унаслідок відсутності матеріалів з необхідними показниками переломлення. Наприклад, для скла з крона (n₃ = 1,52) n » 1,23, але на практиці використовують шар з n₂ = 1,45. Це призводить до зниження відображення з 4,2% лише до 2,6%. Той же шар, але на склі типу флінт (n₃ = 1,72) дозволяє більш істотно знизити коефіцієнт відображення (з 7% до 1 %).

Рисунок 5 – Одношарове просвітління: а – конструктивна схема; б – векторна діаграма

Рисунок 6 – Криві ефективності просвітління з різним числом N шарів

Двошарове просвітління дозволяє цілком усунути відображення світла від поверхні оптичної деталі незалежно від її показника переломлення. Однак значення r = 0 досягається лише у вузькому спектральному інтервалі, а для довжин хвиль, що значно відрізняються від розрахункової, значення r можуть перевищувати вихідне значення коефіцієнта відображення для непросвітленої поверхні.

При тришаровому просвітлінні досягається значне зниження відображення в широкій області спектра. На рис. 6 наведені спектральні криві коефіцієнта відображення для порівняння ефективності покрить, що просвітлює, з різним числом шарів.

Якщо на поверхню оптичної деталі нанести шар з показником переломлення більше, ніж у підбивки, то відображення не зменшиться, а навпаки – збільшиться. При цьому відображення підвищується в міру збільшення числа шарів покриття тим вагоміше, чим більша різниця в показниках переломлення шарів, що чередуються, з високим і низьким їхніми значеннями. Такі дзеркала, названі діелектричними, мають високий коефіцієнт відображення, що доходить до 99% і вище. У діелектричних дзеркалах практично відсутнє поглинання, що особливо важливо для дзеркал лазерних резонаторів. Різновидом діелектричних дзеркал варто вважати так називані теплозахисні фільтри («холодні дзеркала»), що затримують інфрачервоні промені, не послабляючи область, яку видно, діапазону спектра.

Багатошарові покриття типу діелектричних дзеркал дозволяють виконувати просторовий розподіл одного пучка на два, котрі можуть бути спрямовані під кутом 90° один щодо іншого. Такі інтерференційні світлорозділювачі конструктивно виконуються у формі пластин чи кубів-призм. При цьому вони можуть розв’язувати різні функціональні задачі: розділяти пучки в різній пропорції за інтенсивністю, за спектром (дихронічні дзеркала), а також змінювати характер поляризації (інтерференційні поляризатори).

Перейдемо до розгляду інтерференційних світлофільтрів, що дозволяють виділяти ділянки спектра різної ширини з немонохроматичного випромінювання. За функціональним призначенням розрізняють наступні типи світлофільтрів: вузькосмугові (У), смугові (П) і що відрізають (О). Перші виділяють порівняно вузьку смугу пропущення за спектром (рис. 7, а ), другі – порівняно широку спектральну область (рис. 7, б ), а треті дозволяють обмежувати спектральний склад випромінювання з боку короткохвильової чи довгохвильової області (рис. 7, е ).

Основними характеристиками фільтрів У є l _m – довжина хвилі в максимумі смуги пропущення; t _max – коефіцієнт пропущення в максимумі; D l _0,5 – спектральна ширина смуги пропущення на рівні 0,5t _мах (напівширина). Крім того, нормуються й інші величини, що зображені на спектральній кривій: D l _0,5 ; l _кп ; l_дп ; t_ф .

Рисунок 7. Спектральне пропущення різних інтерференційних світлофільтрів: а – вузькосмугові; б – смугового; в – відрізаючого

Рисунок 8 – Конструктивна схема вузькосмугового інтерференційного світлофільтра

Для фільтрів П дві перших характеристики позначають і називають інакше: l _ср – довжина хвилі, що відповідає середині смуги пропущення (середня довжина хвилі); t _ср – середній коефіцієнт пропущення в заданому спектральному діапазоні l _к – l _д від короткохвильової до довгохвильової границь. Специфічними характеристиками фільтрів О служать: l _гр – короткохвильова границя пропущення на рівні 0,1t _ср ; К_р – крутість, умовно обумовлена відношенням l _гр / l _0,6 .

Конструктивна схема інтерференційного світлофільтра, наприклад вузькосмугового (рис. 8), включає пластину 1 (підбивка), на яке послідовно утворені діелектричне дзеркало 2, розділовий проміжний шар 3 і друге діелектричне дзеркало 4. Друга пластина 5, звичайно з кольорового скла, використовується для зрізання максимумів, що заважають. Вона також виконує і захисну роль. Товщину проміжного шару d. вибирають з умови одержання максимуму потрібного порядку (звичайно першого чи другого) для розрахункової довжини хвилі.

Вичерпне представлення про склад шарів інтерференційних фільтрів дає послідовний їхній запис – структурна формула. Наприклад, для одинадцятишарового складеного вузькосмугового фільтра, що має шифр 3 (УЗ-У₂ З-УЗ), структурна формула має такий вигляд: В – 2Н – ВНВ – 4В – ВНВ – 2Н – В. Тут букви В і Н позначають чвертьхвильові шари з речовин з високим (В) і низьким (Н) показниками переломлення. У табл. 1 наведені основні характеристики типових фільтрів.

Таблиця 1 – Оптичні характеристики інтерференційних світлофільтрів

Вузькополосні фільтри
Шифр фільтра *		lm , мкм			« 1 2 3 4 5 6 » К-во Просмотров: 183 Бесплатно скачать Реферат: Багатопроменева інтерференція >>> Скачать <<< Меню Поиск