Главная > Оптика > Основы оптики
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

7.6.6. Интерференционные фильтры.

Предположим, что параллельный пучок белого света надает нормально на плоскопараллельную пластинку с поверхностями, хорошо отражающими свет. В соответствии с (27) мы видим, что в таком случае в прошедшем свсте появляются максимумы интенсивности, если разность фаз равна целому числу, умноженному на или, согласно (25), если где

и по обе стороны от этих максимумов интенсивность прошедшего света быстро падает до малых величин. Таким образом, пластинка действует как фильтр длин волн с многочисленными полосами пропускания, получающимися при целых значениях порядка т. В частности, если оптическая толщина пластинки составляет лишь несколько полуволн видимого света, то полосы пропускания в видимой области принадлежат низким порядкам и широко разнесены по длинам волн. Поэтому обычно можно не пропустить все эти полосы, кроме одной, либо при помощи вспомогательных абсорбционных фильтров, либо, воспользовавшись селективной реакцией детектора, применяемого для наблюдения.

Фильтр подобного типа изготовляют, нанося на плоскую поверхность стеклянной пластинки две отражающие пленки, разделенные слоем диэлектрика (рис. 7.71). Если при нормальном падении фильтр должен пропускать полосу порядка длины волны то, согласно (86), оптическая толщина промежуточного слоя должна равняться . У металлических

отражающих пленок зависит от и толщины пленки (и, следовательно, от отражательной способности ). У многослойных диэлектрических отражающих пленок максимально, когда оптическая толщина каждого слоя равна в этом случае равно нулю (см. § 1,6) и, следовательно, оптическая толщина промежуточного слоя должна составлять

Рис. 7.71. Интерференционный фильтр типа Фабри — Перо.

Важными характеристиками такого фильтра служат максимальное пропускание определяемое так же, как и у интерферометра Фабри — Перо (см. (33)}, и полуширина полосы пропускания которая определяется как интервал между длинами волн в полосе пропускания, на котором отношение уменьшается до половины своей максимальной величины. Если оптическое расстояние между отражающими поверхностями постоянно по всей рабочей поверхности фильтра, то получается из (36), а согласно соответствует изменению на величину при условии, что в области пропускания фильтра мы вправе пренебречь изменениями и с длиной волны. Итак, если можно пренебречь дисперсией в промежуточном слое, то при нормальном падении света изменению длины волны на соответствует изменение 8 на равное с точностью до членов первого порядка относительно малых величин

и вблизи полосы пропускания порядка мы получим, используя (86),

Поэтому, учитывая (22), находим для полуширины фильтра, выраженной в длинах волн, которая, как мы только что показали, соответствует изменению в в на

У металлических отражающих пленок столь мало, что Дюфур [75] исследовал влияние изменения фазы в том случае, когда в отражающие пленки входит многослойный диэлектрик, и показал, что в видимом спектре у таких диэлектриков, как сульфид цинка и криолит, — находятся между

Мы видели, что при имеющихся в нашем распоряжении отражающих пленках х уменьшается при увеличении следовательно, для фильтра заданного порядка, изготовленного из данных материалов, меньшей полуширине сопутствует меньшее пропускание. Практически, как и в случае интерферометра Фабри — Перо, верхний предел полезного отражения определяется изменениями оптического расстояния между отражающими поверхностями но рабочей площади пластин. Однако здесь отступление от идеальной плоскости стеклянной поверхности, на которой изготовляется фильтр, несущественно, так как нанесенная испарением пленка повторяет все неровности поверхности, на

которую она наносится. При соответствующем изготовлении фильтров неравномерность в оптическом расстоянии между отражающими поверхностями удается сделать значительно меньше, чем при двух независимо обрабатываемых рабочих поверхностях в интерферометре Фабри — Перо, и поэтому можно использовать соответственно большую отражательную способность.

Таблица 7.2. (см. скан) Характеристика интерференционных фильтров с металлическими отражающими пленками и плеиками металл-диэлектрик [76]

Типичные характеристики фильтров с металлическими и комбинированными отражающими покрытиями металл — диэлектрик приведены в табл. 7.2, а с чисто диэлектрическими покрытиями — в табл. 7.3. Как мы видим, наибольшая величина протекания при данной полуширине достигается с отражающими пленками, содержащими слои диэлектрика. Следует заметить, что отражающие свойства нанесенных пленок зависят от длины волны, и поэтому такие фильтры дают вторичные полосы пропускания, помимо тех, которые определяются выражениями (86).

Таблица 7.3 (см. скан) Характеристика интерференционных фильтров из сульфида цинка — криолита [77}

Так как фильтры должны пропускать только определенную длину волны, оптическую толщину промежуточного слоя следует тщательно контролировать. Согласно (86) изменению на соответствует смещение полосы пропускания порядка на величину Например, к результате ошибки в оптической толщине промежуточного слоя на 1% при полоса пропускания фильтра сместится на 50 А, что превышает полуширину узкополосных фильтров. Удобные методы контроля толщины

промежуточного слоя во время его нанесения были описаны Гриндландом и Биллингтоном [78], Джиакомо и Жакино [791, и Лисбергером и Рингом 180]. Из (25! видно также, что полосу пропускания фильтра можно сместить сторону более коротких волн, наклоняя фильтр так, чтобы падение света не было нормальным. Однако качество фильтра ухудшается по мере увеличения наклона. В частности, при металлических или отражающих пленках фазы для света, поляризованного параллельно и перпендикулярно плоскости падения, становятся неравными, и полосы пропускания таких, по-разному поляризованных волн будут находиться при разных длинах волн. Смещение полосы пропускания при заданном угле наклона зависит от угла отражения 0 в промежуточном слое таким образом, что меньшее смещение полосы соответствует большему показателю преломления вещества этого слоя. Поэтому промежуточный слой выгодно изготовлять из материалов с большим показателем преломления, в особенности если фильтр должен работать в сходящемся пучке.

Рис. 7.72. Фильтр с нарушенным полным внутренним отражением.

В другом типе интерференционного фильтра, называемом фильтром с нарушенным полным внутренним отражением, впервые описанным в работе [81], тонкие отражающие слои из вещества с малым показателем преломления окружены веществом с большим показателем преломления. В п. 1.5.4 было показано, что при освещении такого достаточно тонкого слоя светом под углом, большим критического, отражение не будет полным, и некоторое количество света пройдет сквозь слой, который в этих условиях действует как непоглощающий отражатель. Изменяя толщину слоя, можно получить любую степень отражения. Конструкция такого фильтра показана на рис. 7.72. У призмы из тяжелого стекла гипотенузную грань покрывают слоем вещества с малым показателем преломления, на который последовательно наносят промежуточный слой с высоким показателем преломления и слой с малым показателем преломления; затем вторую призму, подобную первой, соединяют с первой веществом с таким же показателем преломления, как и у стекла.

Угол призмы и показатели преломления выбирают так, чтобы свет, падающий нормально основанию призмы, попадал на слой с малым показателем преломления под углом, большим критического. Длины волн полос пропускания

Таблица 7.4. (см. скан) Характеристики некоторых фильтров с нарушенным полным внутренним отражением с отражающими слоями из фтористого магния на тяжелом флинте и с промежуточным слоем из сульфида цинка [82]

фильтра зависят от оптической толщины промежуточного слоя, угла преломления в нем и сдвига фаз при отражении. Отражательная способность (и, следовательно, полуширина для данного порядка) зависит от толщины слоев с низким показателем преломления. Сдвиг фазы зависит от состояния поляризации, и поэтому для данного порядка полосы пропускания компонент, колеблющихся параллельно или перпендикулярно плоскости падения, имеют разные длины волн. Характеристики типичных фильтров, работающих в видимом спектре, приведены в табл. 7.4. Фильтры такого типа изготовляются и для работы в сан тиметровом диапазоне [83].

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление