增透膜涂在光學(xué)玻璃零件表面,以減少光的反射率,增加光的透過率。如折射率為1.52未涂增透膜的玻璃,每一面反射率大于4%,而涂四層增透膜的玻璃其反射率可降低到1%以下,不僅增加了圖像的亮度,而且最顯著的改進(jìn)了圖像的對(duì)比度和清晰度。
增透膜有單層和多層兩大類,雖然可根據(jù)要求設(shè)計(jì)成雙層、三層或四層的,但單層增透膜約占95%。
增透膜的主要原理還是利用膜和玻璃兩個(gè)介質(zhì)中反射光的相位干涉而使反射光線相互抵消。在折射率耐ns的玻璃和折射率n0的空氣中間,涂一層折射率n1=(ns•n0)0.5的光學(xué)薄膜,當(dāng)其厚度為 λ/4時(shí)(λ為光波長),光線由透鏡內(nèi)部通過薄膜進(jìn)入空氣中時(shí),其反射光即可抵消。如這些反射率能適當(dāng)?shù)仄胶,則兩種反射波返回透鏡內(nèi)部的總能量為零,此時(shí)絕對(duì)不會(huì)有反射光產(chǎn)生,光波沒有能量損失。
在涂膜過程中,要獲得膜厚度為λ/4有困難時(shí),只要膜厚度λ/4的奇數(shù)倍即可。
單層增透膜可以用同樣材料同時(shí)涂在不同折射率的玻璃上,即使薄膜厚度有誤差,也能減少反射。單層增透膜的材料有MgF2、SiO2、CaF2、冰晶石等。MgF2膜的折射率為1.38,可用真空沉積法涂膜,有機(jī)強(qiáng)度高,化學(xué)穩(wěn)定性好,是常用的增透膜材料。SiO2膜折射率1.44,對(duì)高折射率玻璃,如nD=1.7172的ZF-3玻璃涂SiO2增透膜后,反射率可降低到1.2%。SiO2膜有良好的牢固性和化學(xué)穩(wěn)定性。涂SiO2膜可用真空沉積法,也可用水解法,由硅酸乙酯水解,得到硅酸,失水后成SiO2薄膜。
Si(OC2H5)4+4H2O=H4SiO4+4C2H5OH
乙醇揮發(fā),正硅酸脫水,形成SiO2吸附在玻璃表面。
H4SiO4→SiO2+2H2O
實(shí)踐證明,采用7.5%~14.0%的硅酸乙酯的乙醇溶液,比單純用硅酸乙酯為好。玻璃經(jīng)過清潔處理后,放在專用機(jī)床的夾具上,由垂直的軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),用移液管加入硅酸乙酯溶液,由于離心力,是溶液均勻分布,在空氣濕度80%的情況下,可以得到n=1.46的膜。零件涂膜以后,用預(yù)熱空氣吹幾分鐘或在室溫下載機(jī)床放置40~50min進(jìn)行干燥,以得打牢固的膜。
用真空沉積法涂CaF2、冰晶石膜,可以降低高折射玻璃的反射率。
凡用單層反射膜不能獲得滿意效果時(shí),可以涂多層增透膜,最簡單的是雙層膜。如膜1的折射率n1,膜2的折射率為n2,當(dāng)(n1/n2)2=n0/ns,膜厚δ1= λ/4、δ2= λ/4時(shí),可以得到零反射的效果。對(duì)折射率為1.51的玻璃,理想薄膜的折射率為n1=1.38,n2=1.70,可采用氟化鎂和氧化鉍。氟化鎂用真空沉積法,氧化鉍在氧氣中進(jìn)行陰極濺射。也可采用CeO2(n1=2.2)、MgF2(n2=1.4)的雙層膜,必要時(shí)還可采用三層膜與四層膜。三層膜如MgF2(n1=1.4)、ZrO2(n2=2.1)、CeO2(n=2.2),四層膜MgF2、ZnS、CaF2、MgF2。
增透膜對(duì)光線反射有選擇性,并在觀察反射光時(shí),呈干涉色彩。對(duì)于目測(cè)儀器,如雙筒望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡等,選擇反射率在550nm處最小,能得到最好的增透效果,其干涉色為深紫色。對(duì)于照相機(jī)的物鏡來講,要求在450nm處有最低的反射率。對(duì)典型的單層、雙層和四層膜的減反光性質(zhì)繪成圖10-20.
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