Диэлектрическое зеркало

Инфракрасное диэлектрическое зеркало в зеркальном креплении.

, Диэлектрическое зеркало также известное как зеркало Брэгга , представляет собой тип зеркала, состоящего из нескольких тонких слоев материала диэлектрического , обычно наносимых на подложку из стекла или другого оптического материала. Тщательным выбором типа и толщины диэлектрических слоев можно создать оптическое покрытие с заданной отражательной способностью при различных длинах волн света . Диэлектрические зеркала также используются для производства зеркал со сверхвысокой отражательной способностью: значения 99,999% или выше в узком диапазоне длин волн могут быть получены с использованием специальных технологий. Альтернативно, их можно заставить отражать широкий спектр света, например, весь видимый диапазон или спектр титан-сапфирового лазера .

Диэлектрические зеркала очень распространены в оптических экспериментах благодаря усовершенствованным технологиям, позволяющим недорого производить высококачественные зеркала. Примеры их применения включают торцевые зеркала лазерной полости , горячие и холодные зеркала , тонкопленочные светоделители , зеркала с высоким порогом повреждения , а также покрытия на современных абажурах зеркал и некоторых системах крыше-призм биноклей .

Механизм

Схема диэлектрического зеркала. Тонкие слои с высоким показателем преломления n ₁ чередуются с более толстыми слоями с более низким показателем преломления n ₂ ​​. Длины трасс l _A и l _B отличаются ровно на одну длину волны, что приводит к конструктивной интерференции.

Отражательная способность диэлектрического зеркала основана на интерференции света, отраженного от разных слоев диэлектрической стопки. Тот же принцип используется в многослойных просветляющих покрытиях , которые представляют собой стопки диэлектриков, разработанные для минимизации, а не максимизации отражательной способности. Простые диэлектрические зеркала действуют как одномерные фотонные кристаллы , состоящие из стопки слоев с высоким показателем преломления , чередующихся со слоями с низким показателем преломления (см. Диаграмму). Толщины слоев выбираются так, чтобы разность длин путей отражений от разных высокоиндексных слоев была целым кратным длине волны, на которую рассчитано зеркало. Отражения от слоев с низким индексом имеют разницу в длине пути ровно в половину длины волны, но существует разница в фазовом сдвиге на 180 градусов на границе с низким и высоким индексом по сравнению с границей с высоким и низким индексом. это означает, что эти отражения также находятся в фазе. В случае зеркала при нормальном падении слои имеют толщину в четверть длины волны.

Цвет, передаваемый диэлектрическими фильтрами, меняется при изменении угла падающего света.

Другие проекты имеют более сложную структуру, обычно создаваемую путем численной оптимизации . В последнем случае можно также управлять фазовой дисперсией отраженного света ( чирпирующее зеркало ). При проектировании диэлектрических зеркал может быть использован метод оптической матрицы переноса . Хорошо спроектированное многослойное диэлектрическое покрытие может обеспечить отражательную способность более 99% во всем спектре видимого света .

Диэлектрические зеркала обладают замедлением в зависимости от угла падения и конструкции зеркала.

Как показано на GIF , передаваемый цвет смещается в сторону синего цвета с увеличением угла падения. По поводу помех в высоком коэффициенте отражения $n_{1}$ в среде это синее смещение определяется формулой

$2n_{2}d_{2}\cos {\big (}\theta _{2})=m\lambda$,

где $m\lambda$ является любым кратным передаваемой длины волны и $\theta _{2}$ – угол падения во второй среде. См. тонкопленочной интерференции вывод о . Однако существует также интерференция в среде с низким показателем преломления. Наилучшая отражательная способность будет при

$\lambda _{\perp }/\lambda _{\theta }={\frac {cos(\theta _{2})+cos(\theta _{1})}{2}}\approx {\sqrt {1-{\frac {sin^{2}(\theta )}{n^{2}}}}}$,

где $\lambda _{\perp }$ - передаваемая длина волны под перпендикулярным углом падения и

$n={\sqrt {\frac {2}{n_{1}^{-2}+n_{2}^{-2}}}}$.

Производство

Изображение электронного микроскопа куска диэлектрического зеркала размером примерно 13 микрометров, вырезанного из подложки большего размера. чередующиеся слои Ta ₂ O ₅ и SiO _{2 .} На нижнем крае видны

Технология изготовления диэлектрических зеркал основана на методах осаждения тонких пленок . Распространенными методами являются физическое осаждение из паровой фазы (которое включает в себя испарительное осаждение и осаждение с помощью ионного луча ), химическое осаждение из паровой фазы , осаждение ионным лучом , молекулярно-лучевая эпитаксия , осаждение распылением и золь-гель осаждение. Обычными материалами являются фторид магния ( n = 1,37) , диоксид кремния ( n = 1,45) , пятиокись тантала ( n = 2,28) , сульфид цинка ( n = 2,32) и диоксид титана ( n = 2,4) .

Полимерные диэлектрические зеркала изготавливаются промышленным способом путем совместной экструзии расплавленных полимеров. и методом центрифугирования или покрытие погружением в меньшем масштабе.

См. также

• Распределенный отражатель Брэгга
• Дихроичный фильтр
• Идеальное зеркало
• Пожалуйста, отфильтруйте

Внешние ссылки

• Быстрый код для расчета отражательной способности и дисперсии диэлектрических зеркал.