ПРОСВЕТЛЕНИЕ ОПТИКИ — уменьшение отражения коэффициентов поверхностей оптич. деталей путём нанесения на них непоглощающих плёнок, толщина к-рых соизмерима с длиной волны оптич. излучения. Без просветляющих плёнок, даже при нормальном падении лучей, потери на отражение света могут составлять до 10% от интенсивности падающего излучения. В оптич. системах с большим числом поверхностей (напр., в объективах) потери света могут достигать 70% и более. Многократное отражение от преломляющих поверхностей приводит к появлению внутри приборов рассеянного света, что ухудшает качество изображений, формируемых оптич. системами приборов. Эти нежелательные явления устраняются с помощью П. о., что является одним из важнейших применений оптики тонких слоев.

П. о.- результат интерференции 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 n2 удовлетворяет равенству , где п1 и п3 — ПП сред, граничащих с плёнкой(часто первой средой является воздух). Отражённый свет ослабляется тем сильнее, чем больше разность п3 — n2; если же n2 > п3, то интерференция отражённых от границ плёнки лучей, напротив, усилит интенсивность отражённого света (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость коэффициента отражения R от зыраженной в долях световой волны l толщины тонкого слоя, нанесённого на подложку из стекла, для различных значений показателя преломления слоя п2. Показатель преломления стекла n3 = 1,52, n1 = 1 (воздух).

Изменяя толщину просветляющей плёнки, можно сместить минимум отражения в разл. участки спектра.

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, напр. во всём видимом диапазоне (рис. 2). Двух- и трёхслойные покрытия используют для П. о., работающей в УФ-области, где из-за низкого значения однослойные покрытия малоэффективны. Наилучшее П. о. в широкой области спектра может быть достигнуто с помощью неоднородных просветляющих плёнок, значение ПП к-рых плавно меняется от n подложки до h окружающей среды. В практически получаемых неоднородных плёнках n меняется ступенчато; ширина спектральной области с низким отражением увеличивается с возрастанием числа «ступенек», приближающим характер изменения ПП к плавному.

Рис. 2. Зависимости в диапазоне видимого света (400-700 нм) коэффициентов отражения R поверхности стекла с п3 = 1,52 от длины волны света l: 1 — для непросветлённой поверхности; 2 — для поверхности с однослойной про-светляющей плёнкой, показатель преломления которой nt = 1,40; 3 — то же при n2 = 1,23; 4 — для поверхности с трёхслойной просветляющей плёнкой.

Лит. см. при ст. Оптика тонких слоев. Л. Н. Капорский.

Как известно, свет при прохождении через границу раздела двух оптически прозрачных сред отражается. Поэтому отражает свет и очковая линза – без специальной обработки ее поверхностей на отраженный свет может приходиться до 10-15% падающего на нее света в зависимости от показателя преломления материала очковой линзы. У очковой линзы из CR-39 на отражение теряется около 8% света.

Отраженные от поверхностей очковой линзы световые лучи образуют ложные вторичные изображения, блики, так называемые гало вокруг ярких точечных источников света (например, вокруг уличных фонарей или светящих фар автомобилей ночью). Эти эффекты ухудшают качество зрения, уменьшают зрительный комфорт, снижают контраст изображения у пользователей очками. Например, отраженные в очковых линзах источники освещения в помещениях вызывают зрительное утомление при длительной работе за компьютером. При вождении автомобиля ночью в очковых линзах без просветляющего покрытия качество зрения водителя значительно ухудшается из-за размытия и двоения изображений фар едущих навстречу автомобилей и ламп уличного освещения.

Кроме того, отраженный от передней поверхности очковой линзы свет мешает видеть глаза пользователя очками, что особенно важно для людей, выступающих перед публикой, например, для дикторов телевидения. Эти отражения в определенной степени ухудшают внешний вид любого пользователя очками.

Таким образом, отражение света от поверхностей очковой линзы приводит к следующим негативным явлениям:

— уменьшению светопропускания очковой линзы

— ухудшению качества зрения в очковых линзах (ложные изображения, блики, пониженный контраст, зрительное утомление)

— ухудшение внешнего вида пользователя очками.

Для устранения этих дефектов на очковые линзы наносят специальные покрытия.

Как «работают» просветляющие покрытия

Для уменьшения отражения света от поверхностей очковой линзы на них наносят просветляющие покрытия. Принцип действия просветляющего покрытия основывается на эффекте интерференции. Чтобы понять механизм интерференции, следует вспомнить, что свет имеет волновую природу, т.е. световой луч можно представить в виде волны. Известно, что если две распространяющиеся в одном направлении волны совпадают по фазе (гребни волн совпадают), то волны «суммируются» – получается одна волна с большей амплитудой. Если, наоборот, две волны находятся в противофазе (гребень одной совпадает с минимумом другой), то волны «вычитаются» – суммарная волна имеет амплитуду, равную разнице амплитуд двух волн. (Этот эффект называется интерференцией света.) Таким образом, если амплитуды двух находящихся в противофазе волн равны, то в результате интерференции волны полностью погасят друг друга.

Для уменьшения отражения света от поверхности очковой линзы на нее наносят тончайший просветляющий слой – в результате вместо одной границы раздела (воздух – очковая линза) получается две: воздух – просветляющий слой, просветляющий слой – очковая линза. Свет будет отражаться от обеих границ раздела – образуются две отраженные волны. Если подобрать материал и толщину просветляющего слоя специальным образом, то обе отраженные волны полностью погасят друг друга – и отражения света практически не будет. Для полного гашения отраженных волн толщина слоя должна быть равна примерно четверти (l/4) длины волны света. Так, для достижения максимального эффекта для видимого диапазона света толщина просветляющего слоя должна быть порядка100 нм.

Сколько просветляющих слоев должно быть в качественном просветляющем покрытии очковой линзы?

Из описанного выше механизма «просветления» следует, что один просветляющий слой может эффективно «работать» только для узкого диапазона длин волн. Поэтому, чтобы просветляющее покрытие очковой линзы уменьшало отражение во всем диапазоне видимого света, оно должно состоять из нескольких просветляющих слоев (до 8слоев на одной поверхности). Такое многослойное просветляющее покрытие очковой линзы способно уменьшить отражение в 5-10 раз и обеспечить практически 100% прохождение света через неокрашенную очковую линзу (реальное пропускание света многослойных просветляющих покрытий очковых линз составляет 96-99% в зависимости от качества покрытия и применяемой методики измерения).

Чем отличаются разные просветляющие покрытия очковых линз?

Просветляющие покрытия могут различаться числом просветляющих слоев, их составом, методом нанесения. Высококачественные просветляющие покрытия очковых состоят из нескольких просветляющих слоев и имеют очень слабое видимое остаточное отражение (его часто называют «остаточным рефлексом»). Цвет этого остаточного отражения у разных компаний может отличаться (обычно он бывает голубоватого или зеленоватого оттенков). Недавно две компании заявили о создании просветляющих покрытий, полностью лишенных остаточного рефлекса. Очковые линзы с таким покрытием, по заявлениям производителей, абсолютно бесцветны. Очковые линзы с ограниченным количеством просветляющих слоев имеют яркий остаточный рефлекс, цвет которого зависит от числа слоев и их характеристик. Обычно для просветляющих покрытий используются такие минеральные вещества, как оксиды некоторых металлов, фтористый магний, фтористый кальций. В результате органическая очковая линза с просветляющим покрытием получается неоднородной: сама очковая линза органическая, а просветляющее покрытие – минеральное. Однако минеральные и органические вещества обладают различными физическими свойствами – например, у них разные коэффициенты теплового расширения. Поэтому нанесение любого минерального просветляющего покрытия ослабляет прочностные свойства органической очковой линзы – очковая линза с таким покрытием более чувствительна к нагреванию и действию механической нагрузки, чем очковая линза без просветляющего покрытия. Недавно один из производителей выпустил первую полностью органическую очковую линзу с просветляющим покрытием, состоящим только из органических веществ. Такая очковая линза, по заявлению производителя, обладает более высокой устойчивостью к нагреванию и механическим нагрузкам, чем органические очковые линзы с традиционными просветляющими покрытиями.

Для каких очковых линз особенно нужны просветляющие покрытия?

Поскольку толщина и вес очковых линз уменьшаются при использовании материалов с высокими значениями показателя преломления (особенно заметно уменьшение при больших диоптриях), то высокопреломляющие очковые линзы пользуются все большим спросом у пользователей, которые заботятся о зрительном комфорте и привлекательности своего внешнего вида.

С увеличением показателя преломления (n) материала очковой линзы потери на отражение увеличиваются:

r = ( n – 1)2/(n + 1)2 х 100% (r – коэффициент отражения света от одной поверхности очковой линзы в воздухе при нормальном падении света на эту поверхность).

Поскольку высокопреломляющие очковые линзы отражают свет в большей степени (до 2 раз), чем очковые линзы из материала с показателем преломления 1,5, то они требуют обязательного нанесения просветляющих покрытий.

Почему некоторые считают, что очковые линзы с просветляющим покрытием пачкаются сильнее и их труднее очищать, чем очковые линзы без такого покрытия?

Утверждение, что очковые линзы с просветляющим покрытием пачкаются сильнее и их труднее очищать, чем очковые линзы без таких покрытий, ошибочно. Дело в том, что на очковых линзах с просветляющим покрытием гораздо заметнее становятся загрязнения: во-первых, на чистой поверхности (без маскирующих отражений и бликов) всегда заметнее любые загрязнения, даже те, на которые обычно не обращают внимания, если очковая линза сильно «бликует», а во-вторых, пятна воды и жира нарушают тонкий механизм работы просветляющего покрытия. Отсюда следует, что очковые линзы с просветляющим покрытием просто требуют более тщательной очистки. Та грязь, которая не «бросается в глаза» на очковых линзах без покрытия, очень заметна на очковых линзах с просветляющим покрытием. А ведь следует помнить, что любые загрязнения, заметны они или незаметны, в любом случае уменьшают пропускание света через очковую линзу и ухудшают качество изображения. Так что лучше, чтобы очковые линзы всегда были максимально чистыми.

Для придания очковым линзам с просветляющим покрытием водо- и грязеотталкивающих свойств на поверхность очковой линзы наносят специальный гидрофобный слой (поверх просветляющих слоев). Очковая линза с таким слоем становится не только более гладкой, но и приобретает водоотталкивающие (гидрофобные) свойства. В результате вода и грязь на ней практически не задерживаются. Кроме гидрофобных свойств этот слой может также обладать и жироотталкивающими (липофобными) свойствами, что еще больше способствует поддержанию чистоты очковой линзы. Типичное строение многослойных покрытий ведущих производителей очковых линз показано на рисунке. Такие многослойные покрытия (их называют многофункциональными) включают кроме просветляющих слоев упрочняющий слой (повышает сопротивляемость очковых линз к образованию царапин), адгезионный слой (для сцепления упрочняющего и просветляющих слоев), а также гидрофобный слой. У ведущих производителей очковых линз гидрофобный слой обладает также антистатическими свойствами. С такими свойствами очковые линзы меньше пачкаются, так как на них не садится пыль.

Итак:

— Просветляющие покрытия очковых линз значительно улучшают качество зрения в очках во всех условиях. Особенно заметен их положительный эффект при длительной работе за компьютером и при вождении автомобиля ночью.

— На высокопреломляющие очковые линзы обязательно должно быть нанесено просветляющее покрытие.

– Очковые линзы с высококачественными просветляющими покрытиями последнего поколения устойчивы к загрязнению и легко очищаются.

«Оптика для профессионалов — 2009».

Скачать статью ТГц просветляющие покрытия (PDF, 288 KB)


Как известно, невысокое пропускание кристаллических материалов (пропускание высокоомного кремния составляет около 54%, а кристаллического кварца — около 70%) обусловлено большими потерями на отражение. Потери могут быть уменьшены с помощью просветляющего покрытия.
Тидекс предлагает нанесение париленового покрытия. Технология нанесения парилена на плоские поверхности в микроэлектронике хорошо известна. Улучшив ее, мы добились качественного нанесения покрытия на оптические поверхности, как плоские, так и сферические.

Диапазон длин волн просветления задается заказчиком. Возможно изготовление просветляющих покрытий на различные диапазоны, лежащие в интервале от 60 до 1300 мкм.

Мы предлагаем следующие просветляющие покрытия:

1. Двустороннее просветляющее покрытие.
Двустороннее просветляющее покрытие используется для окон и менисковых линз.

Благодаря покрытию пропускание высокоомного кремния оказывается не менее 90% на длине волны, на которую было центрировано покрытие.
В качестве примеров приведены спектры пропускания окон из кремния и кварца с париленовым покрытием, а также спектры пропускания окон без покрытия.

Рис. 1.А. Спектры пропускания непокрытого и двусторонне покрытого окон из высокоомного кремния. Покрытие центрировано на 120 мкм.

Рис. 1.В. Спектры пропускания непокрытого и двусторонне покрытого окон из высокоомного кремния. Покрытие центрировано на 333 мкм.
Рис. 1.С. Спектры пропускания непокрытого и двусторонне покрытого окон из кристалического кварца. Покрытие центрировано на 158 мкм.

Экспериментально подтверждено, что детали с париленовым покрытием могут быть использованы при низких температурах.

Окно из кристаллического кварца с двусторонним покрытием, центрированным на 860мкм, было подвержено термическому испытанию по следующему циклу:

  • охлаждение от комнатной температуры до 77K, 30 раз,
  • охлаждение от комнатной температуры до 4.2K, 3 раза.

До и после термоциклирования были сняты спектры пропускания (рис. 2.А) и исследована поверхность париленовой пленки под микроскопом (рис.2.В)*. Под влиянием низких температур пленка не деградирует, пропускание остается неизменным.

Рис. 2.A. Спектры пропускания двусторонне покрытого окна из кристаллического кварца до и после термоциклирования.*
Рис. 2.B. Поверхность двусторонне покрытого окна из кристаллического кварца до и после термоциклирования.*

___________________
* Данные предоставлены Dr. Erik Heinz из Supracon AG, Germany
2. Одностороннее просветляющее покрытие.
Как правило, оно используется для полусферических линз. Плоская поверхность не покрывается, т.к. линза применяется в качестве фотопроводящей антенны в TDS установке или в сверхпроводящем болометре. Для некоторых специфических приложений было разработано париленовое покрытие, центрированное на диапазон 99-125 мкм.

Просветляющее покрытие увеличивает пропускание полусферы на 30%. Поскольку измерение пропускания полусферической линзы затруднительно (из-за формы линзы), то мы произвели расчет спектра пропускания линзы с покрытием и без покрытия.

Экспериментальные результаты, полученные одним из наших клиентов, подтвердили увеличение пропускания благодаря нанесению просветляющего покрытия. В рамках эксперимента с использованием односторонне покрытой гиперполусферической линзы было зарегистрировано увеличение мощности на 30-50% на длине волны 111 мкм.

Рис. 3. Расчетные спектры пропускания полусферических линз: непокрытой и покрытой париленом со сферической стороны. Покрытие центрировано на 99-125 мкм.

Как вы видите, пропускание непокрытой полусферы составляет всего 6%. Это связано с эффектом полного внутреннего отражения. Угол ПВО ~17о. Благодаря высокому показателю преломления и геометрии линзы большая часть вошедшего в линзу ТГц излучения отражается от раздела сред плоская поверхность линзы-воздух. Поэтому чистая апертура полусферической линзы 40%.

Вследствие специфичности интересующих потребителя диапазонов длин волн, мы изготавливаем окна и линзы из высокоомного кремния с просветляющим покрытием по спецификации заказчика и, как правило, не держим их на складе.

Для получения котировки заполните, пожалуйста, форму запроса с указанием интересующих вас элементов.

Рубрики: Сонник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *