Просветление оптики

Просветле́ние оптики

Уменьшение Отражения коэффициентов поверхностей оптических деталей путём нанесения на них одной или нескольких непоглощающих плёнок. Без таких (просветляющих) плёнок потери на отражение света могут быть значительными; так в видимой области спектра (длина волны λ = 400—700 нм) даже при нормальном падении лучей на границе воздух — оптическая среда они могут составлять до 10% от интенсивности падающего излучения (рис. 1); см. также Отражение света, Френеля формулы). В системах с большим числом поверхностей, например в сложных Объективах, потери света могут достигать 70% и более. Многократное отражение от преломляющих поверхностей вызывает появление внутри приборов рассеянного света, что ухудшает качество изображений, формируемых оптическими системами приборов. Эти нежелательные явления устраняются с помощью П. о., которое является одним из важнейших применений оптики тонких слоев (См. Оптика тонких слоёв) (см. ниже об основных классах веществ, используемых в качестве материалов для просветляющих плёнок, и способах нанесения плёнок).

П. о. — результат интерференции света (См. Интерференция света), отражаемого от передних и задних границ просветляющих плёнок; она приводит к взаимному «гашению» отражённых световых волн и, следовательно, к усилению интенсивности проходящего света. При углах падения, близких к нормальному, эффект П. о. максимален, если толщина тонкой плёнки равна нечётному числу четвертей длины световой волны в материале плёнки, а Преломления показатель (ПП) плёнки удовлетворяет равенству n²₂ = n₁n₃, где n₁ и n₃ — ПП сред, граничащих с плёнкой (часто первой средой является воздух). Отражённый свет ослабляется тем сильнее, чем больше разность n₃ — n_2; если же и n₂ > n₃, то интерференция отражённых от границ плёнки лучей, напротив, усилит интенсивность отражённого света (рис. 2).

Изменяя толщину просветляющей плёнки, можно сместить минимум отражения в различные участки спектра. Покрытия с минимальным отражением в жёлтой области (λ = 555 нм, область наибольшей чувствительности человеческого глаза) наносят на объективы, применяемые в черно-белой фотографии; в отражённом свете их поверхности имеют пурпурный оттенок (т. н. голубая оптика). В просветлённых объективах для цветной фотографии отражение минимально в голубой области спектра; оттенок их поверхностей — янтарный.

Для деталей из стекла с низким ПП П. о. однослойными плёнками недостаточно эффективно. Применение двухслойных просветляющих плёнок позволяет почти полностью устранить отражение света от поверхности детали-подложки независимо от её ПП, но лишь в узкой области спектра. Трёхслойные просветляющие плёнки дают возможность получить равномерно низкое (~ 0,5%) отражение в широкой спектральной области, например во всём видимом диапазоне (рис. 3). Двух- и трёхслойные покрытия используют для П. о., работающей в ультрафиолетовой области, где из-за низкого значения n₃ однослойные покрытия малоэффективны. Теоретически наилучшее П. о. в широкой области спектра может быть достигнуто с помощью неоднородных просветляющих плёнок, значение ПП которых плавно меняется от n подложки до n окружающей среды.

В практически получаемых неоднородных плёнках сменяется ступенчато; ширина спектральной области с низким отражением увеличивается с возрастанием числа «ступенек», при этом характер изменения ПП становится более плавным.

Лит. см. при ст. Оптика тонких слоев (См. Оптика тонких слоёв).

Л. Н. Капорский.

Рис. 1. Рассчитанная по формуле Френеля зависимость коэффициента отражения света R, падающего по нормали на границу раздела воздух — стекло, от показателя преломления стекла n_ст.

Рис. 2. Зависимость коэффициента отражения R от выраженной в долях световой волны λ толщины тонкого слоя, нанесенного на подложку из стекла, для различных значений показателя преломления слоя n₂. Показатель преломления стекла n₃ = 1,52; n₁ = 1 (воздух).

Рис. 3. Зависимости в диапазоне видимого света (400—700 нм) коэффициента отражения R поверхности стекла с n₃ = 1,52 от длины волны света λ: 1 — для непросветленной поверхности; 2 — для поверхности с однослойной просветляющей пленкой, показатель преломления которой n₂ = 1,40; 3 — то же при n₂ = 1,23; 4 — для поверхности с трехслойной просветляющей пленкой.