為什么選擇增透膜?

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(dǎo)致激光誘導(dǎo)損傷。增透 (AR) 膜應(yīng)用于光學(xué)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(gè)透射光學(xué)元件的系統(tǒng)尤為重要。許多低光系統(tǒng)采用增透膜光學(xué)，以便有效地利用光線。

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

AR 鍍膜的設(shè)計(jì)使相對相移在光束反射在薄膜上、下邊界180度之間。兩個(gè)反射光束之間發(fā)生破壞性干涉，它會在兩個(gè)光束離開表面之前抵消它們（圖 2）。光學(xué)鍍膜的光學(xué)厚度必須是 λ/4 的奇數(shù)倍數(shù)，其中，λ 是設(shè)計(jì)波長或峰值性能的優(yōu)化波長，以實(shí)現(xiàn)反射光束之間 λ/2波長所需的路徑差異。實(shí)現(xiàn)該差異后，將導(dǎo)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(gè)鍍膜層的折射率和厚度都經(jīng)過嚴(yán)格的控制，以使每個(gè)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(shè)計(jì)目的是增加在特定設(shè)計(jì)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?yàn)橥干渑c波長之間的曲線形成一個(gè)“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(shí)，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(xué)標(biāo)準(zhǔn)激光V形鍍膜的反射率和保證激光誘導(dǎo)損傷閾值 (LIDT)。

表 1: 愛特蒙特光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)激光 V 型鍍膜的反射率規(guī)格和保證激光誘導(dǎo)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(yuǎn)離DWL而迅速增加，因此帶有V形鍍膜的光學(xué)元件用于恰好或非常接近鍍膜預(yù)計(jì)DWL的位置。V型鍍膜的一個(gè)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(dá)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(gè)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(dāng)折射率的鍍膜材料不可用。多層鍍膜也可以補(bǔ)償不同的入射角，但他們更加復(fù)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(xué)的V型鍍膜通常能使小反射率顯著低于 0.25%，但所有標(biāo)準(zhǔn)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(xì)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(yīng)用于包括透鏡和窗鏡在內(nèi)的透射光學(xué)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?yàn)榉颇瓷浒l(fā)生在空氣和晶體交匯處。