物理创新实验2003..docVIP

重庆交通大学 第五届大学物理综合设计与科技创新竞赛活动 论 文 标题：能够增透多种光波的新型增透膜 学院：土木建筑学院 专业班级：12级测绘工程1班 姓名： 学 号： 学 号：6 学 号：63 指导教师： 联系电话： 日期：2013年10月3日 能够增透多种光波的新型增透膜 于海威，孙振超，杨艳 指导老师：韩向宇 （土木建筑学院12测绘工程1班，重庆，402247） 摘要：利用波的干涉相消的原理，设计出一种新型的增透膜，此增透膜的生产技术与改进前的生产方法相同，只在厚度上略作变化，增透的波长可达到两种或三种。 关键字：新型增透膜 吸收系数 波长 两种或三种。 引言： 随着科技的发展，对光学仪器的要求越来越高。光学元件表面的反射，不仅影响光学元件的通光能量，而且反射光还会形成杂散光，影响光学仪器成像质量。增透膜的引入大大改善了这种状况，但目前生产的单层增透膜只对某一波长的单色光有完全增透的作用，多层镀膜技术要求高，步骤复杂。而改善的新型增透膜同时解决了这两个弊端，即利用生产单层增透膜的方法生产的新型增透膜可增透两种或三种波长的光。 图—（1） 图—（2） 2.新型增透膜的设计思想原理： 2.1新型增透膜的设计思想 当增透膜的厚度d=时，此膜可以对在该膜中波长为λ的光起到完全增透的效果。设两种光的波长分别为λ1和λ2将增透膜的厚度d设计成与的最小公倍数,（ ，的质因数中含有2的个数应相同 ）则可起到对这两种波长的光能完全增透的效果。 2.2新型增透膜的设计原理 新型增透膜的原理与单种光增透膜的原理是一样的。这里我们首先从能量守恒的角度对光学增透膜的增透原理给予分析。一般情况下，当光入射在给定的材料的光学元件的表面时，所产生的反射光与透射光能量确定，在不考虑吸收、散射等其他因素时，反射光与透射光的总能量等于入射光的能量。即满足能量守恒定律。当光学元件表面镀膜后，在不考虑膜的吸收及散射等其他因素时，反射光透射光与入射光仍满足能量守恒定律。而所镀膜的作用是使反射光与透射光的能量重新分配。对增透膜而言，分配的结果使反射光的能量减小，透射光的能量增大。由此可见，增透膜的作用使得光学元件表面反射光与透射光的能量重新分配，分配的结果是透射光能量增大，反射光能量减小。光就有这样的特性：通过改变反射区的光强可以改变透射区的光强。 3.1增透膜的厚度计算 图—（3） 设此光波长（在空气中）λ=4.波动方程式为 (1) 当t=0时，方程为 (2) 由图可知： (3) 因 =π 则 = (4) 则波动方程为 (5) 设入射点为 则入射点振动方程为: (6) 所以反射波在处的振动方程为: = (7) 所以在3处反射波的波动方程为: （x，t）= (t+)=Acost+) 设其在增透膜与镜片交界处发生反射的反射点横坐标为，若不考虑光在增透膜中波长发生变化，则有： 反射点的振动方程为： （t）=t +) 则反射波在反射点的振动方程为： (10) 所以反射波的波动方程为： (11) 因为两反射波,要干涉相消, 所以 = (12) 即 (13) 因为,则 d=-3= (14) 考虑到光在介质中波长发生变化 则d= ① = =1.25 , = ② ①②联立得： d== 以波长分别为、的绿光和红光为例 增透膜的厚度 3.2考虑增透膜的吸光因素对透光效果的影响 鉴于增透膜在生活中主要适用于可见光，这里只考虑增透膜对可见光的吸收，对于其他光带的光波，只是镀膜材料不同，原理都是一样的。 3.2.1 吸收系数与吸收率 　 假设强度为的平行光束通过厚度为l的均匀介质，光通过一段距离之后，强度减弱为I，再通过一个极薄的薄层dl后，强度变成I + dI 。因为光强是减弱的，此处dI应是负值。经大量实验证明：入射光强减少量dI/I应与吸收层的厚度dl成正比，假定光通过单位距离时能量损失的比为α，则 （15） 式中，负号表示光强随着l的增加而减弱；α即为吸收系(absorption? coefficient)，其单位为cm-1。它取决于材料的性质和光的波长。对一定波长的光波而言，吸收系数是和介质的性质有关的常数。