Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
здесь I — толщина подложки из диэлектрика; п — показатель преломления подложки; 0П — угол падения излучения; <р0 — фазовый сдвиг при отражении на полупрозрачном слое.
Ширину полосы пропускания интерференционного фильтра можно уменьшить, увеличив отражающую способность полуотражающего слоя и толщину диэлектрика. Но это, в свою очередь, ведет к уменьшению пропускания, и, кроме того, возникают побочные полосы пропускания. Поэтому простой однослойный интерференционный фильтр заменяют многослойным, в котором металлические полуотражающие пленки заменяются несколькими слоями диэлектрических материалов (криолит, сернистый цинк, фтористый магний, германий и др.). Многослойные интерференционные фильтры позволяют получить очень узкие полосы (около IO"3...IO 4 мкм) в ИК области спектра при высоких значениях контрастности ттах/хтіп.
Иногда интерференционные фильтры работают и на отражение, т.е. с их помощью обеспечивают разделение отраженного и проходящего потоков по длинам волн.
Наряду с основной полосой пропускания интерференционный фильтр имеет ряд «паразитных» полос, обычно находящихся в более коротковолновой области. Поэтому целесообразно дополнять интерференционный фильтр отсекающим фильтром.
Интерференционные фильтры позволяют пропускать довольно широкие пучки, причем углы падения лучей на фильтр могут достигать нескольких десятков градусов. При малых углах падения (стп < 8°) параметры фильтра практически остаются теми же, что и для лучей, падающих перпендикулярно на фильтр. При увеличении угла падения увеличивается ширина полосы пропускания, она смещается, а также уменьшаются пропускание Xmax и контрастность ^max/Xmin.
При увеличении угла наклона пучка параллельных лучей, падающего на фильтр, длина волны, соответствующая максимуму пропускания для узкополосных фильтров, или граничная длина волны для отсекающих фильтров смещается в коротковолновую область. При работе фильтра в сходящихся лучах ширина полосы пропускания увеличивается заметнее у фильтров с большим числом слоев.
120 Глава 5. Оптическая система оптико-электронного прибора
Характеристики интерференционного фильтра зависят также от его температуры. При уменьшении температуры спектральная характеристика фильтра смещается в коротковолновую область и, наоборот, при увеличении температуры она смещается в длинноволновую. Эта зависимость сдвига от температуры в диапазоне ±60° С линейна и имеет крутизну (1...3)10"5 мкм/°С. Стабильность характеристик интерференционных фильтров во времени зависит от технологии их изготовления и материалов слоев фильтра. Для ряда материалов она достаточно высока.
Поляризационные фильтры. В последнее время для получения очень узкой (в несколько ангстрем) полосы пропускания стали применять поляризационные (интерференционно-поляризационные) фильтры. Их основным элементом является поляризатор, служащий для пропускания поляризованного излучения через материал, обладающий двойным лучепреломлением и расщепляющий излучение на обыкновенные и необыкновенные лучи. Эти лучи проходят через материал со скоростями, определяемыми соответствующими показателями преломления. Плоскости их поляризации взаимно перпендикулярны, а фазовый сдвиг зависит от скорости распространения луча и толщины материала. Выходящие лучи затем соединяются во втором поляризаторе, и интенсивность на выходе зависит от фазового сдвига. Интерференция дает ослабление, если фазовый сдвиг равен нечетному числу полуволн, и усиление, если сдвиг равен четному числу полуволн излучения.
Нейтральные фильтры и ослабители. Очень часто требуется ослабить излучение или разделить поток на две части, не изменяя его спектрального состава. Для этого служат так называемые нейтральные фильтры (светоделители) и ослабители. Наиболее широко используются фильтры на основе тонких пленок хрома, платины, никеля, палладия и титана. В области 0,4...1,2 мкм все эти материалы, нанесенные на подложку из стекла, обеспечивают коэффициент пропускания 15...25%. Наилучшими характеристиками с точки зрения постоянства спектрального коэффициента пропускания обладают платина и титан. Титановые фильтры позволяют создавать светоделители и нейтральные ослабители для ИК области спектра (до 12 мкм), причем их спектральное пропускание остается однородным для пленок разных толщин, в то время как у пленок из других материалов эта однородность нарушается. Большим преимуществом титановых покрытий является также их повышенная устойчивость к изменению внешних условий (температура, влажность и т. п.).
121 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
5.9. Материалы оптических систем оптико-электронных приборов
Материалы оптической системы необходимо выбирать с учетом эксплуатационных, конструктивных и технологических характеристик конкретного ОЭП. При этом обычно нужно учитывать следующие свойства оптических материалов: спектральное пропускание или отражение; показатель преломления или коэффициент отражения; дисперсию; изменение спектра пропускания и показателя преломления при изменении температуры; твердость; стойкость к воздействию различных сред, прежде всего, воды; плотность; теплопроводность; термическое расширение; теплоемкость; модуль упругости; температуру размягчения и плавления; наконец, стоимость, возможность обработки, доступность материала.
