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為什么選擇增透膜?

來源:江陰韻翔光電技術有限公司   2020年07月21日 10:03  

為什么選擇增透膜?

Due to Fresnel reflection, as light passes from air through an uncoated glass substrate approximately 4% of the light will be reflected at each interface. This results in a total transmission of only 92% of the incident light, which can be extremely detrimental in many applications(圖 1)。過量的反射激光會降低通量,并可能導致激光誘導損傷。增透 (AR) 膜應用于光學表面,以提高系統(tǒng)的通量,并減少反射在系統(tǒng)中向后傳播并產(chǎn)生鬼影所造成的危害。AR鍍膜對包含多個透射光學元件的系統(tǒng)尤為重要。許多低光系統(tǒng)采用增透膜光學,以便有效地利用光線。

圖 1: 菲涅耳反射發(fā)生在每個材料界面。每次反射光線到達另外一個界面時,都有一部分會經(jīng)歷額外的菲涅耳反射1

AR 鍍膜的設計使相對相移在光束反射在薄膜上、下邊界180度之間。兩個反射光束之間發(fā)生破壞性干涉,它會在兩個光束離開表面之前抵消它們(圖 2)。光學鍍膜的光學厚度必須是 λ/4 的奇數(shù)倍數(shù),其中,λ 是設計波長或峰值性能的優(yōu)化波長,以實現(xiàn)反射光束之間 λ/2波長所需的路徑差異。實現(xiàn)該差異后,將導致光束的抵消。利用入射介質(zhì) (n0) 和基片 (ns) 的折射率可以找到*抵消反射光束所需的薄膜 (nf) 的折射率。

圖 2: 每個鍍膜層的折射率和厚度都經(jīng)過嚴格的控制,以使每個反射光束之間產(chǎn)生破壞性干涉

V型增透膜是一種 AR 鍍膜,其設計目的是增加在特定設計波長 (DWL)下的窄波段的透射率。這種鍍膜類型被稱為“V 形鍍膜”,因為透射與波長之間的曲線形成一個“V”形,小值為DWL。使用單頻窄帶線寬激光器或窄半峰全寬 (FWHM) 光源時,V形鍍膜是獲得大透射率的理想材料1。V 形鍍膜在DWL下的反射率通常小于 0.25%。但是,鍍膜局部的反射曲線近似拋物線形狀,在DWL之外的波長下反射率明顯較高(圖 3)。

 圖 3: 使 266nm 處獲得大透射率的激光 V 型鍍膜示例

表 1 顯示了愛特蒙特光學標準激光V形鍍膜的反射率和保證激光誘導損傷閾值 (LIDT)。

表 1: 愛特蒙特光學標準激光 V 型鍍膜的反射率規(guī)格和保證激光誘導損傷閾值 - 可根據(jù)要求定制波長

由于反射率隨光源波長遠離DWL而迅速增加,因此帶有V形鍍膜的光學元件用于恰好或非常接近鍍膜預計DWL的位置。V型鍍膜的一個有趣的特征是,其傳輸曲線的形狀為半周期,因此反射率在DWL(例如λ0/2或 λ0/4)的諧波下達到局部低值,不像在DWL下一樣能獲得反射率。V型鍍膜通常只包含兩層鍍膜。簡單的V型鍍膜可以包含一個厚度為 λ/4 的層,但可能需要更多層來調(diào)整帶寬,或者如果具有適當折射率的鍍膜材料不可用。多層鍍膜也可以補償不同的入射角,但他們更加復雜,而且往往有更大的帶寬。如果 V 型鍍膜層的厚度不正確,鍍膜的反射率會增加,而且 DWL 會發(fā)生變化。愛特蒙特光學的V型鍍膜通常能使小反射率顯著低于 0.25%,但所有標準V型鍍膜在 DWL下的反射率都小于 0.25%。這允許DWL與鍍膜公差有細微的變化。

Broadband anti-reflection (BBAR) coatings are designed to improve transmission over a much wider waveband. They are commonly used with broad spectrum light sources and lasers with multiple-harmonic generation. BBAR coatings typically do not achieve transmission values quite as high as V-coats, but are more versatile because of their wider transmission band. 除了應用于包括透鏡和窗鏡在內(nèi)的透射光學元件外,AR 鍍膜也用于激光晶體和非線性晶體,以減少反射,因為菲涅耳反射發(fā)生在空氣和晶體交匯處。

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