Optiikan valaistus

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 28. heinäkuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .

Optiikan enlightenment on linssien , prismien ja muiden optisten osien pintakäsittelytekniikka , jolla vähennetään valon heijastusta ilman vieressä olevilta optisilta pinnoilta . Tämän avulla voit lisätä optisen järjestelmän valonläpäisyä ja lisätä kuvan kontrastia vähentämällä häiritseviä häiriöheijastuksia optisessa järjestelmässä.

Suurin osa käytetyistä optisista järjestelmistä, kuten kameran ja videokameroiden linssit, koostuu useista linsseistä, ja kunkin lasi-ilmarajapinnan heijastus vähentää läpäisevää hyödyllistä valovirtaa. Ilman heijastuksenestomenetelmiä läpäisevän valon intensiteetin lasku monilinssijärjestelmässä voi olla useita kymmeniä prosentteja. Siksi pinnoitettua optiikkaa käytetään kaikissa nykyaikaisissa linsseissä.

On olemassa neljä tapaa vähentää heijastuskerrointa pinnasta, mukaan lukien optiikan valaistus:

Interference -ohutkerrospinnoitteiden avulla .
Valon polarisaatioilmiön käyttö .
Antaa optiselle pinnalle mikroteksturaaliset epäsäännöllisyydet.
Valaistuminen taitekertoimen gradientin muutoksella.

Pääasiassa käytetään optisten pintojen heijastuksenestopinnoitteita. Tällaisissa pinnoitteissa optiset pinnat päällystetään yhdellä tai useammalla ohuella kalvolla, jonka paksuus on verrattavissa valon aallonpituuteen. Näiden kerrosten taitekerroin eroaa optisen osan materiaalin taitekertoimesta. Pinnoitepaksuudet ja niiden taitekertoimet oikealla valinnalla on mahdollista pienentää heijastuskerroin lähes nollaan yhdelle tai useammalle, monikerroksisissa pinnoitteissa, valon aallonpituuksille.

Heijastumista vähentäviä pintapinnoitteita kutsutaan myös heijastamattomiksi tai heijastamattomiksi pinnoitteiksi. Tällaisia pinnoitteita ei käytetä vain optisissa järjestelmissä, vaan myös vähentämään häiritseviä heijastuksia muista pinnoista, kuten näyttöruuduista.

Heijastus kahden läpinäkyvän median rajapinnassa

Kun valo putoaa kahden läpinäkyvän aineen rajapinnalle, joilla on erilaiset taitekertoimet , tapahtuu osittainen valovirran heijastus rajapinnasta. Heijastumisasteelle on ominaista heijastuskerroin - tulevasta valosta heijastuneen valon osuus, joka ilmaistaan yleensä prosentteina. Heijastuskertoimet ovat samat sekä optisesti vähemmän tiheästä väliaineesta tulevalle valolle (väliaine, jolla on pienempi taitekerroin) että valon käänteiselle suunnalle yhtäläisissä tulokulmissa . riippuu tulokulmasta ja ilmaistaan yleensä Fresnel-kaavoilla . Tietyssä tapauksessa normaalilla tulolla (eli kohtisuoralla pinnalla tai, joka on sama, tulokulma, joka on yhtä suuri kuin nolla) ilmaistaan kaavalla: $n_{0}$ $n_{S}$ $R$ $R$ $R$

R=\left({\frac {n_{0}-n_{S}}{n_{0}+n_{S}}}\oikea)^{2}.

Kaavasta seuraa, että mitä enemmän kahden väliaineen taitekertoimet eroavat, sitä suurempi . Esimerkiksi tavalliselle lasille ( ) ilmassa ( ) yksi lasi-ilmarajapinta olisi 0,04 tai 4 % . Kun valo kulkee levyn läpi, jonka taitekerroin on ympäristössä, jonka taitekerroin , - kahden rajapinnan läpi, esimerkiksi ikkunalasin läpi, lasin useiden sisäisten heijastusten aiheuttama kokonaisheijastuskerroin kasvaa ja ilmaistaan seuraavasti: $R$ $n_{S}\noin 1{,}5$ $n_{0}\noin 1{,}0$ $R$ $n_{S},$ $n_{0},$ $R_{2}$

R_{2}={{2R} \over {1+R)).

Lasilevylle viimeisen kaavan mukainen heijastuskerroin antaa ~ 7,7%, eli vain 92,3% valosta kulkee sellaisen levyn läpi. Esimerkiksi 6 linssistä koostuvan linssin valonläpäisykerroin ilman linssipinnoitetta on vain monimutkaisemmissa optisissa järjestelmissä, esimerkiksi sukellusveneiden periskoopeissa , optisten osien määrä on paljon suurempi ja valonläpäisykerroin Tällaiset järjestelmät ilman valaistumisen käyttöä putoavat liian pieneen arvoon. $0{,}923^{6}\noin 0{,}61.$

Heijastuskerroin laskee nopeasti, kun kahden aineen taitekertoimet lähestyvät toisiaan. Esimerkiksi magnesiumfluoridin (MgF) , jota käytetään laajalti heijastuksenestoaineeksi , taitekerroin on 1,38, mikä antaa rajapinnan heijastuskyvyn valon kruunulasin kanssa noin 1,1 % .

Fresnelin kaavoista seuraa, että pienin heijastuskerroin saavutetaan kahdesta väliaineesta, jotka on erotettu kolmannella väliaineella, jonka taitekerroin ja väliaineen paksuus on paljon suurempi kuin valon aallonpituus (eli huomioimatta häiriöilmiöitä). kun erotettavien väliaineiden taitekertoimien geometrinen keskiarvo on yhtä suuri: $n_{1}$ $n_{1}$

n_{1}={\sqrt {n_{0}n_{S))}.

Häiriöiden poisto

Yksikerroksisen valaistumisen teoria

Häiriövalaistuksen pääideana on saada aikaan heijastuneiden aaltojen lisäys kahdesta rajapinnasta.

Tasomonokromaattista aaltoa , joka etenee kasvavien koordinaattien suuntaan, kuvataan analyyttisesti lausekkeella: $x$

A(x,\ t)=A_{0}\cos(\omega \ tk\ x),

missä on aallon numero , on aallonpituus ,

k={\frac {2\pi }{\lambda ))

\lambda

A_0

on aallon amplitudi.

Heijastunut aalto kalvon pinnasta ja kalvon ja lasin rajapinnasta $A_{r1}(x,\t)$ $A_{r2}(x,\t):$

A_{r1}(x,\ t)=A_{0}R_{1}\cos(\omega \ t+k\ x),

A_{r2}(x,\ t)=A_{0}R_{2}\cos(\omega \ t+k\ x-2k_{I}d_{I}),

missä on heijastuskerroin kalvosta,

R_{1}

R_{2}

on heijastuskerroin kalvon ja lasin rajapinnasta, kun otetaan huomioon kalvon useat sisäiset heijastukset,

{\displaystyle d_{I))

- kalvon paksuus, kerroin 2 osoittaa, että valo kulkee kalvon läpi kahteen suuntaan,

k_{I}

- aallonpituus kalvossa, koska aallonpituus väliaineessa, jonka taitekerroin on suurempi kuin 1, on pienempi kuin aallonpituus ilmassa tai tyhjössä, sitten - aallonpituus tyhjiössä, - aallonpituus kalvossa.

k_{I}={\frac {2\pi n_{I}}{\lambda }}={2\pi }/{\lambda _{I)),

\lambda

\lambda _{I}=\lambda /n_{I}

A_{r2}(x,\ t)=A_{0}R_{2}\cos \left(\omega \ t+k\ x-{\frac {4\pi d_{I)){\ lambda _{I}}}\oikea),

Jotta valon häiriö kahdesta rajapinnasta sammuttaisi heijastuksen, on välttämätöntä, että tätä varten ensinnäkin on oltava ja toiseksi $A_{r1}(x,\ t)=-A_{r2}(x,\ t).$ $R_{1}=R_{2},~$ $\cos(\omega \ t+k\ x)=-\cos \left(\omega \ t+k\ x-{\frac {4\pi d_{I)){\lambda _{I} }}\oikea).$

Ensimmäinen yhtäläisyys saavutetaan, jos ulkoisen väliaineen ja heijastuksenestomateriaalin, esimerkiksi lasin, taitekertoimet vastaavasti. Toinen yhtäläisyys saavutetaan, jos valon kalvon läpi kulkemisesta aiheutuva vaihesiirto on monikertainen eli kosinifunktion jakso ja tällainen vaihesiirto ei muuta kosinin arvoa, on ei-negatiivinen kokonaisluku , mistä: $n_{I}={\sqrt {n_{0}\cdot n_{S))},\$ ${\näyttötyyli n_{0},\ n_{S))$ ${\frac {4\pi d_{I}}{\lambda _{I}}}},$ $\pi ,$ ${\frac {4\pi d_{I}}{\lambda _{I}}}=(\pi +2\pi N),~$ $2\pi$ $N$

d_{I}=\lambda _{I}(1/4+N/2),\

N=0,\ 1,\ 2,\ \dots ,

tai

d_{I}=\lambda _{I}/4,\ 3\lambda _{I}/4,\ 5\lambda _{I}/4,\ \dots .

Yllä olevasta seuraa myös, että kun kalvon paksuus on puolen aallonpituuden kerrannainen, heijastuskerroin päinvastoin kasvaa. Siksi neljännesaallonpituuskalvo on suhteellisen laajalla aallonpituusalueella tehokkain heijastuksenestoaine, koska viereisten aallonpituuksien vaihesiirto on pieni verrattuna aallon spatiaaliseen jaksoon. Esimerkiksi annetaan yhdelle aallonpituudelle a toiselle aallonpituudelle Ensimmäisellä aallonpituudella tietyn paksuinen kalvo on heijastuksenesto, toiselle se on heijastava. Aallonpituuksien suhde: tai ne eroavat vain 10%. Annetussa esimerkissä nämä ovat esimerkiksi aallonpituudet 500 nm ja 550 nm - vierekkäiset aallonpituudet spektrin vihreässä osassa. $d_{I}=\lambda _{I1}\cdot 11/4,$ $d_{I}=\lambda _{I2}\cdot 10/4.$ $\lambda _{I1}/\lambda _{I2}=11/10=1{,}1$

Paksuilla kalvoilla spektrimaksimien ja minimien leveydet kapenevat, lähestyvät toisiaan ja lopulta sulautuvat kalvon paksuuden kasvaessa edelleen. Tästä syystä häiriötä ei havaita paksuissa kalvoissa valkoisessa valossa, ja paksut kalvot eivät sovellu interferenssin heijastuksenestopinnoitteeksi.

Koska valon reitin pituus kalvossa riippuu tulokulmasta vinosti, heijastuskertoimen minimi siirtyy kohti lyhyempiä aallonpituuksia ja kasvaa samanaikaisesti. Näyttäisi siltä, että valon reitin pituuden lisäyksen kalvossa vinossa tulossa pitäisi siirtää minimiä kohti pidempiä aallonpituuksia, mutta näin ei ole. Hienovaraisempi tarkastelu aaltorintaman vuorovaikutuksesta kalvon kanssa johtaa havaittuun minimin siirtymiseen kohti lyhyempiä aaltoja, kuten kuvassa [1] .

Yksikerroksiset neljännesaaltohäiriöiset heijastuksenestopinnoitteet

Tyypillisesti lasin ympäristö on ilma, jonka taitekerroin on hyvin lähellä 1, ja heijastuksenestokalvon taitekertoimen tulee olla yhtä suuri kuin linssin optisen lasin taitekertoimen neliöjuuri.

Perinteinen materiaali heijastuksenestokalvolle on magnesiumfluoridi , jolla on suhteellisen alhainen taitekerroin ja hyvät mekaaniset ominaisuudet, korroosionkestävyys. Kun taitekerroin omaava kruunulasi päällystetään magnesiumfluoridilla, magnesiumfluoridikerros voi pienentää heijastuskykyä noin 4 % :sta 1,5 % :iin normaalissa valossa. Pikivilasilla , jonka taitekerroin on noin 1,9, neljännesaallonpituinen magnesiumfluoridikalvo voi vähentää heijastuksen lähelle nollaa yhdellä annetulla valon aallonpituudella. $(n=1{,}38)$ $(n=1{,}57)$

Mutta tällä tavalla päällystetyn lasin heijastavuus riippuu voimakkaasti aallonpituudesta, mikä on yksikerroksisen valaistuksen suurin haitta. Pienin heijastavuus vastaa kalvomateriaalin neljännestä aallonpituudesta.

Ensimmäisissä päällystetyissä linsseissä spektrin vihreän osan säteiden heijastuskerrointa alennettiin (555 nm } - ihmissilmän korkeimman herkkyyden alue), joten linssien häikäisy tällaisilla linsseillä on violetti tai sinertävän sininen väri (ns. "sininen optiikka"). Vastaavasti tällaisen linssin valonläpäisy on maksimaalinen spektrin vihreällä osalla ja pienempi spektrin muilla osilla, mikä johtaa johonkin virheeseen värintoistossa.

Nyt (2020) yksikerroksista heijastuksenestoa (sen pääetu on alhainen hinta) käytetään vain edullisissa optisissa järjestelmissä ja laseroptiikassa, joka on suunniteltu toimimaan kapealla spektrialueella ja joka ei periaatteessa vaadi heijastuksenestoa laajalla spektrialueella.

Kaksikerroksinen valaistuminen

Se koostuu kahdesta heijastuksenestokerroksesta, joista uloimmalla on pienempi taitekerroin. Sillä on paremmat ominaisuudet kuin yksikerroksinen valaistus saavutetaan laajemmalla aallonpituusalueella.

Monikerroksinen valaistuminen

Yksikerroksisen heijastuksenestopinnoitteen haittapuoli, joka tarjoaa heijastukseneston vain kapealla spektrialueella, voidaan voittaa käyttämällä monikerroksisia häiriöpinnoitteita.

Monikerroksinen heijastuksenestopinnoite on vähintään kolmen vuorottelevan materiaalikerroksen sarja, joilla on erilaiset taitekertoimet. Aikaisemmin uskottiin, että 3-4 kerrosta riitti spektrin näkyvälle alueelle. Lähes kaikkien valmistajien nykyaikaisissa monikerroksisissa heijastuksenestopinnoitteissa on 6–8 kerrosta ja niille on ominaista pienet heijastushäviöt koko spektrin näkyvällä alueella. Valokuvaus- ja havaintooptiikassa käytettävän monikerroksisen pinnoitteen tärkein etu on heijastavuuden merkityksetön riippuvuus näkyvän spektrin aallonpituudesta.

Monikerroksisen heijastuksenestopinnoitteen koostumus sisältää varsinaisten heijastuksenestokerrosten lisäksi yleensä apukerroksia - parantavia lasiin tarttumista, suojaavia, hydrofobisia jne.

Monipinnoitettujen linssien häikäisyssä, joka aiheutuu heijastumisesta valaistun alueen spektrin ulkopuolella, on erilaisia vihreän ja violetin sävyjä, jopa erittäin haalean harmaa-vihreän viimeisten tuotantovuosien linsseissä. Mutta kiillon väri ei ole heijastuksenestotekniikan laadun indikaattori.

Levitystekniikka ja häiriöpinnoitteiden tyypit

Häiriöheijastuksenestopinnoitteet eroavat seuraavista:

kerrosten lukumäärän mukaan;
levitysmenetelmät: etsaus, saostus liuoksesta, ruiskutus tyhjiöasennuksissa;
pinnoitteiden koostumus: yleensä nämä ovat eri kemiallisten alkuaineiden suoloja ja oksideja.

Historiallisesti ensimmäinen menetelmä oli etsaus, jossa lasin pinnalle muodostui piidioksidikalvo .

Valaistumisen nimitykset linssien merkinnöissä

Hyväksytty kansainvälinen monikerrospinnoitteen nimitys koostuu kahdesta kirjaimesta MC ( eng. Multilayer Coating ), jotka yleensä kirjoitetaan ennen linssin nimeä. Jotkut yritykset käyttävät muita nimityksiä, esimerkiksi Asahi Optical merkitsee linsseihinsä lyhenne SMC ( englanniksi Super multi coating ).

Neuvostoliitossa monikerroksisella pinnoitteella varustetut linssit nimettiin kansainvälisen standardin mukaisesti kirjaimilla "MC" ennen nimeä, esimerkiksi "MS Helios-44 M". 2000-luvun alussa monikerroksisesta valaistumisesta oli tullut standardi, eikä sitä enää nimetty erikseen.

Monikerroksisella pinnoitteella varustettu optiikka oli aiemmin kaikkialla merkitty kirjaimilla MS - M multi Layer , M multi Coating (esim. MS Mir-47M 2,5 / 20 ) Lyhenne "MS" tarkoitti pääsääntöisesti kolmikerroksista valaistusta. Tällä hetkellä monikerroksisen valaistumisen erityinen nimitys on harvinainen, koska sen käytöstä on tullut standardi.

Joskus sen erikoislajikkeilla on "omistusoikeudellisia" nimityksiä SMC (Super Multi Coating, Pentax), HMC (Hyper Multi Coating, Hoya), MRC (Multi-Resistant Coating, B + W), SSC (Super Spectra Coating, Canon), SIC (Super Integrated Coating), Nano (Nikon), EBC (Electron Beam Coating, Fujinon/Fujifilm), T* (Zeiss), Multi-Coating (Leica), Achromatic Coating (Minolta) ja muut.

Päällystetyn optiikan käsittelyn ominaisuudet

Nykyaikaiset pinnoitetut linssit , joissa on interferenssipinnoite, vaativat huolellista käsittelyä, koska linssien ohuimmat heijastuksenestokalvot vaurioituvat helposti. Heijastusta estävän pinnoitteen pinnalla olevat epäpuhtaudet (rasva-, öljytäplät) heikentävät sen optisia ominaisuuksia ja heikentävät kuvanlaatua lisääntyneen heijastuksen ja hajavalonsiron vuoksi . Lisäksi kontaminaatio (mukaan lukien sormenjäljet) voi johtaa heijastuksenestopinnoitteen tuhoutumiseen. Nykyaikaisissa heijastamattomissa pinnoitteissa on yleensä suojaava ulkokerros, mikä tekee niistä kestävämpiä haitallisia ympäristövaikutuksia vastaan.

Interferenssivalaistumisen historia

Optiikan "valaistumisen" vaikutus lasin luonnollisen ikääntymisen seurauksena havaittiin sattumalta ja toisistaan riippumatta valokuvaajien toimesta eri maissa jo 1900-luvun alussa. On havaittu, että usean vuoden käytössä olleet objektiivit ovat tuottaneet kirkkaampia ja kontrastisempia kuvia verrattuna aivan uusiin vastaaviin malleihin. Tutkimuksen tuloksena havaittiin, että joidenkin lajikkeiden optinen lasi joutuessaan kosketuksiin kostean ilman kanssa on altis ohuen metallioksidikalvon muodostumiselle pinnalle, jonka suolat dooppaavat lasia. "Valaistumisen" ilmiö selitettiin interferenssillä . Tällaisen kalvon teollista tuotantoa yritti ensimmäisenä Harold Taylor ( eng. Harold Dennis Taylor ), joka patentoi vuonna 1904 menetelmän lasin etsaamiseksi hapoilla. Tämä tekniikka antoi kuitenkin niin arvaamattomia tuloksia, että sitä ei käytetty laajalti. Toistettavia tuloksia saavutti vasta vuonna 1936 Carl Zeissin tutkimuslaboratorion johtaja Alexander Smakula , joka keksi niin kutsutun "fyysisen valaistumisen" [2] . Halutun paksuinen ja laadukas kalvo tällä menetelmällä saadaan aikaan saostamalla magnesium- tai kalsiumfluorideja tyhjiössä [3] .

Valtion optisessa instituutissa ehdotettiin toista kemiallisen valaistuksen menetelmää - hapetusta eteenin palamistuotteista hapen ylimäärällä .

1960-luvulta lähtien heijastuksenestopinnoitteina on käytetty makromolekyyliyhdisteisiin perustuvia orgaanisia kalvoja . Enlightenment on tullut mahdolliseksi soveltaa useissa kerroksissa, mikä lisää sen tehokkuutta ei vain yhdellä aallonpituusalueella , mutta myös laajalla valikoimalla, mikä on erityisen tärkeää värikuvauksessa/kuvauksessa/videossa.

Pyöreä polarisaatio

Tällaisen heijastuksenestopinnoitteen toimintaperiaate perustuu valon ympyräpolarisaation käyttöön [4] [5] . Pyöreäpolarisaattori koostuu tavanomaisesta lineaarisesta polarisaattorista ja neljännesaaltolevystä (neljännesaaltolevyä ei pidä sekoittaa neljännesaaltohäiriökerrokseen). Neljännesaaltolevy muuntaa sen läpi kulkevan tasopolarisoidun valon ympyräpolarisoiduksi valoksi ja päinvastoin ympyräpolarisoidun valon tasopolarisoiduksi valoksi. Ulkoinen polaroimaton valo, joka kulkee lineaarisen polarisaattorin läpi, muuttuu tasopolarisoiduksi valoksi ja neljännesaaltolevyn jälkeen ympyräpolarisoiduksi valoksi. Tämä pinnalta heijastuva valo, jonka häikäisy on poistettava, muuttaa kiraalisuuden päinvastaiseksi, eli jos pyöreäpolarisaatiolla olevan valon pyörimissuunta on suunnattu myötäpäivään ennen heijastusta, niin heijastuksen jälkeen pyörimissuunta muuttuu. vastapäätä. Tämä heijastunut säteily, joka on toistuvasti kulkenut neljännesaaltolevyn läpi, muuttuu jälleen tasopolarisoituneeksi, mutta sen polarisaatiotasoa kierretään suhteessa lineaarisen polarisaattorin taakse tulevaan valoon 90° eikä siksi kulje ulos tasopolarisaattorin läpi.

Pyöreän polarisaation avulla voit estää häikäisyn kokonaan heijastavilla pinnoilla, jopa metallipinnoilla. Tämän menetelmän haittana on, että jos tuleva ulkoinen valo on polaroimaton, pyöreän polarisaattorin läpi kulkevan valovirran intensiteetti putoaa yli kaksinkertaiseksi, mikä rajoittaa tämän heijastuksenestomenetelmän käyttöä optisissa järjestelmissä.

Häikäisyn vaimennusta pyöreäpolarisaatiolla käytetään luomaan heijastamattomia pinnoitteita näyttöruutuihin.

Teksturoitu mikrokarheus

Heijastusta voidaan vähentää teksturoimalla pinta, eli luomalla siihen joukko kartiomaisia diffuusoreita tai kaksiulotteisia uria, joiden mitat ovat puolen aallonpituuden luokkaa. Tämä menetelmä luonnonvaraisten eläinten kertoimen alentamiseksi löydettiin ensimmäisen kerran tutkittaessa joidenkin koieläinlajien silmiä. Tällaisten koiden silmän sarveiskalvon ulkopinta, joka toimii linssinä, on peitetty kartion muotoisten ulkonemien verkostolla, jota kutsutaan sarveiskalvonänneiksi, yleensä korkeintaan 300 nm ja suunnilleen sama etäisyys niitä. [6] Koska näkyvän valon aallonpituus on suurempi kuin ulkonemien koko, voidaan niiden optisia ominaisuuksia kuvata tehokkailla mediumin approksimaatiomenetelmillä. Tämän likiarvon mukaan valo etenee niiden läpi samalla tavalla kuin jos se leviäisi väliaineen läpi, jonka tehollinen permittiivisyys muuttuu tasaisesti ja jatkuvasti. Tämä puolestaan johtaa sarveiskalvon heijastuskyvyn heikkenemiseen, minkä ansiosta perhoset näkevät paremmin pimeässä ja heistä tulee myös vähemmän näkyviä petoeläimille, koska valon heijastus hyönteisten silmistä heikkenee.

Teksturoidulla pinnalla on myös heijastuksenesto-ominaisuuksia aallonpituuksilla, jotka ovat paljon pienempiä kuin tekstuurin ominaiskoko. Tämä johtuu siitä tosiasiasta, että alun perin teksturoidusta pinnasta heijastuneilla säteillä on todennäköisyys tunkeutua väliaineeseen myöhempien epäsäännöllisyyksien uudelleenheijastusten aikana. Samalla pinnan teksturointi luo olosuhteet, joissa läpäisevä säde voi poiketa normaalista tulosta, mikä johtaa "läpäisevän valon sotkeutumiseen" (eng. - light trapping ), jota käytetään esimerkiksi aurinkokennoissa .

Pitkän aallonpituuden rajassa (aallonpituudet ovat paljon suurempia kuin tekstuurin koko) voidaan käyttää tehokkaita keskipitkän approksimaatiomenetelmiä heijastuksen laskemiseen, lyhyen aallonpituuden rajassa (aallonpituudet ovat pienempiä kuin tekstuurin koko) ja säteen jäljitysmenetelmää. voidaan käyttää heijastuksen laskemiseen .

Siinä tapauksessa, että aallonpituus on verrattavissa tekstuurin kokoon, heijastus voidaan laskea vain aaltooptisilla menetelmillä , esimerkiksi ratkaisemalla numeerisesti Maxwellin yhtälöt .

Teksturoitujen pinnoitteiden heijastuksenesto-ominaisuudet on tutkittu hyvin ja kuvattu kirjallisuudessa useilla eri aallonpituuksilla [7] [8] .

Valaistuminen taitekertoimen gradientilla

Kaikkien interferenssin heijastuksenestopinnoitteiden yhteinen haittapuoli on heijastuskertoimen riippuvuus valon tulokulmasta. Tämä haitta voidaan voittaa soveltamalla taitekertoimen tasaista siirtymistä valaistettavasta materiaalista ilmaan, toisin sanoen esimerkiksi (vaalean kruunun lasiin), ja kerroksen paksuutta muuttamalla tasaisesti valoa. taitekertoimen tulisi olla paljon suurempi kuin valaistumisen spektrialueen aallonpituus. Mutta koska ei ole olemassa kiinteitä materiaaleja, joiden taitekerroin on lähellä 1, turvautuu taitekertoimen vaihtamiseen tehokkaassa väliaineessa. Tässä tekniikassa perusmateriaalin kartiomaisten neulojen "metsä" luodaan heijastuksenestopinnalle, näiden neulojen pituuden on oltava paljon suurempi kuin säteilyn aallonpituus ja niiden paksuuden ja etäisyyden on oltava hajavalon sironnan poistamiseksi. paljon vähemmän kuin tämä pituus. $n = 1$ $n=1{,}52$

Tällainen pinta käyttäytyy optisesti kuin pinta, joka on peitetty materiaalikerroksella, jolla on taitekerroingradientti - ns. tehokas optinen väliaine . Heijastuskerroin sellaisesta pinnasta riippuu hyvin vähän säteilyn aallonpituudesta ja tulokulmasta ja on lähellä nollaa.

Näkyvän valon aaltoja varten tällaisia pinnoitteita ei ole vielä luotu, mutta spektrin lähi- ja kauko-infrapuna-alueilla tällaisia neulapinnoitteita muodostetaan yksikiteiselle piille reaktiivisella ionisyövytyksellä , ns. "musta pii" tutkimusryhmä Rensselaer Polytechnic Institutesta . Tehokas taitekerroin tällaisen kerroksen pinnalla osoittautui olevan lähellä 1,05 [9] [10] .

Näitä pinnoitteita voidaan käyttää infrapunaoptiikan kirkastamiseen, piiaurinkokennojen tehokkuuden lisäämiseen ja muihin sovelluksiin.

Valaistumisteknologian soveltaminen

Optista pinnoitetta (tai heijastuksenestopinnoitetta) käytetään monilla alueilla, joilla valo kulkee optisen elementin läpi ja sitä tarvitaan vähentämään intensiteettihäviötä tai eliminoimaan heijastuksia. Yleisimmät kotelot ovat silmälasien linssit ja kameran linssit.

Korjaavat silmälasilinssit

Silmälasien linsseihin levitetään heijastusta estävä pinnoite, koska häikäisyn puuttuminen parantaa ulkonäköä ja vähentää silmien rasitusta. Jälkimmäinen on erityisen havaittavissa ajettaessa autoa yöllä ja työskennellessäsi tietokoneen ääressä. Lisäksi linssin läpi kulkeva enemmän valoa parantaa näöntarkkuutta. Heijastamattomat linssipinnoitteet yhdistetään usein muuntyyppisiin pinnoitteisiin, kuten vedeltä tai rasvalta suojaaviin pinnoitteisiin.

Kamerat

Valaistut objektiivit toimitetaan valokuva- ja videokameroiden kanssa . Tästä johtuen optisen järjestelmän valonläpäisy lisääntyy ja kuvan kontrasti kasvaa häikäisyn vaimentamisen vuoksi, mutta toisin kuin lasit, linssi koostuu useista linsseistä.

Fotolitografia mikroelektroniikan tekniikassa

Heijasta estäviä pinnoitteita käytetään usein fotolitografiassa kuvanlaadun parantamiseksi poistamalla heijastuksia alustan pinnalta. Pinnoite voidaan levittää sekä fotoresistin alle että sen päälle, ja se vähentää seisovia aaltoja , häiriöitä ohuissa kalvoissa ja peiliheijastuksia [11] [12] .

Infrapunaoptiikka

Joillakin infrapuna -alueella käytetyillä optisilla materiaaleilla on erittäin korkea taitekerroin. Esimerkiksi germaniumin taitekerroin on lähellä 4,1. Tällaiset materiaalit vaativat pakollisen valistuksen.

Katso myös

Aukko

Lähteet

↑ 1 2 3 Ohutkalvojen fysiikka, 1967 .
↑ Valokuvausobjektiivin historia, 1989 , s. 17.
↑ Yleinen valokuvauskurssi, 1987 , s. 19.
↑ HNCP pyöreä polarisoiva suodatin . www.visionteksystems.co.uk . Haettu 7. toukokuuta 2020. Arkistoitu alkuperäisestä 23. helmikuuta 2020. (määrätön)
↑ Tietonäyttö . _ - Society for Information Display, 2006.
↑ Krjutškov M., Bilousov O.; Lehmann J., Fiebig M.; Katanajev V. (2020). "Drosophilan sarveiskalvon nanopinnoitteiden käänteinen ja eteenpäin suuntautuva suunnittelu". luonto . 585 : 383-389. DOI : 10.1038/s41586-020-2707-9 .
↑ A. Deinega et. al. Minimoi valon heijastuksen dielektrisiltä teksturoiduilta pinnoilta // JOSA A : päiväkirja. - 2011. - Vol. 28 . - s. 770 .
↑ Heijasta estävät teksturoidut pinnoitteet . Haettu 6. huhtikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 30. toukokuuta 2012. (määrätön)
↑ J.-Q. Xi, Martin F. Schubert, Jong Kyu Kim, E. Fred Schubert , Minfeng Chen, Shawn-Yu Lin, W. Liu, JA Smart. [3 1] // . - 2007. - S. 176-179. - doi : 10.1038/nphoton.2007.26 .
↑ Fred Schubert: Uusi nanopinnoite on virtuaalinen musta aukko heijastuksille Arkistoitu 13. maaliskuuta 2012 Wayback Machinessa . Physorg.com, 1. maaliskuuta 2007.
↑ Pohjassa olevien heijastamattomien pinnoitteiden ymmärtäminen (englanniksi) (pääsemätön linkki) . Haettu 1. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 25. huhtikuuta 2012.
↑ Silti, Siew Ing (2004). UFO - vian tutkiminen DUV CAR - ja BARC - prosessissa . 5375 . SPIE. s. 940-948. DOI : 10.1117/12.535034 . Arkistoitu alkuperäisestä 2017-06-02 . Haettu 25.6.2012 . Käytöstä poistettu parametri |deadlink=( ohje )

Kirjallisuus

Ohutkalvojen fysiikka. Tutkimuksen ja teknisten sovellusten nykytila. /Toim. Hassa G. ja Tuna R. E .. - M . : Mir, 1967. - T. T. 2 .. - 396 s: ill. (Venäjän kieli)
Yashtold-Govorko V.A. Valokuvaus ja käsittely. Ammunta, kaavat, termit, reseptit. - 4., lyhenne - M . : Taide, 1977.
Brekhovskikh L. M. Aallot kerroksellisessa mediassa. - 2, lisää. ja korjattu - M . : Nauka, 1973. - 343 s.
Fomin A. V. § 5. Valokuvauslinssit // Valokuvauksen yleinen kurssi / T. P. Buldakova. - 3. - M . : "Legprombytizdat", 1987. - S. 12-25. — 256 s. – 50 000 kappaletta.
Rudolph Kingslake. Valokuvauslinssin historia = A History of Photographical Lens . - Rochester, New York: Academic Press, 1989. - 334 s. — ISBN 0-12-408640-3 .