2. Однослойные пленки и методы их получения
При однослойном просветлении наносят пленку вещества, показатель преломления которого меньше показателя преломления материала детали. Для оптических материалов, с показателем преломления (ne) меньшим либо равным 1,5, необходимы пленки с показателем преломления приблизительно равным 1,22.
Простейшим просветляющим покрытием является однослойная пленка с показателем преломления меньшим показателя преломления подложки. Предположим, что на поверхность оптической детали с показателем преломления nп нанесен тонкий слой прозрачного вещества (диоксида кремния) с показателем преломления n и оптической толщиной λ/4. Требования процесса просветления n < nп. При падении излучения на поверхность детали электромагнитная волна делится на две части: отраженную от границы пленка – воздух (1); отраженная от границы пленка – подложка (2). Оптическая разность хода между когерентными волнами 1 и 2 составляет λ/2. Изменение фазы на π (потеря полуволны) происходит на обеих поверхностях, так как электромагнитная волна приходит к границе раздела из более плотной среды. Если эти волны сделать равными по амплитуде и противоположными по фазе, то в результате интерференции они погасят друг друга. Гашение отраженного света ведет к увеличению доли энергии проходящего света. Установлено, что оптимальный результат, при котором коэффициент отражения стремится к нулю (ρ → 0) и вся энергия падающего излучения будет преломляться, обеспечивается в том случае, когда между показателями преломления имеется следующее соотношение
Пользуясь этим соотношением можно выбрать диэлектрик пригодный для просветления оптики.
При нанесении однослойных покрытий (просветляющих) необходимо соблюдать условие минимумов, обеспечивающее гашение отраженного света, т.е. надо обеспечить соответствующую разность хода. Таким образом, толщина пленки однослойного покрытия рассчитывается по формуле
Минимальное значение показателя преломления поверхности оптической детали для однослойного просветляющего покрытия определяется следующим соотношением
Однослойные просветляющие покрытия более эффективны для инфракрасной области спектра, т.к. для этой области применяют оптические детали с большим показателем преломления.
При использовании химических способов нанесения покрытий наиболее низкий показатели преломления (1,40 – 1,41) имеют пленки, образуемые из растворов некоторых фтороорганических полимеров, и пленки кремнезема (ne = 1.44 – 1.45), получаемые травлением. Большинство этих веществ, или химически устойчивы, или имеют недостаточную механическую прочность. Из-за невыполнения условий nпленки = √nстекла просветляющее действие однослойных пленок эффектно лишь для материалов с высоким показателем преломления, более 1,7 (германатные, теллуритовые и бескислородные стекла, германий, кремний и т. д.) Полоса минимума отражения этих пленок мала. Спектральные характеристики однослойных пленок, наносимых на поверхность стекла, отличаются одинаковым и равномерным пропусканием в близкой УФ, видимой и близкой ИК областях спектра.
Также однослойные пленки можно получать вакуумным способом. Просветляющие покрытия получают методом вакуумного напыления в специальных установках с применением сложных технологических процессов и пленкообразующих веществ высокой чистоты. В настоящее время эти покрытия наносят на оптические детали, как из стекла, так и из полимерных материалов.