减反射膜及滤光片

减反射膜（增透膜）及滤光片的工作原理

光具有波粒二相性，即从微观上既可以把它理解成一种波、又可以把他理解成一束高速运动的粒子（注意，这里可千万别把它理解成一种简单的波和一种简单的粒子。它们都是微观上来讲的。 红光波的波长=0.750微米 紫光波长=0.400微米。 而一个光子的质量是 6.63E-34 千克. 如此看来他们都远远不是我们所想想的那种宏观波和粒子.) 增透膜的原理是把光当成一种波来考虑的，因为光波和机械波一样也具有干涉的性质。

在镜头前面涂上一层增透膜(一般是"氟化钙",微溶于水),如果膜的厚度等于红光（注意：这里说的是红光）在增透膜中波长的四分之一时,那么在这层膜的两侧反射回去的红光就会发生干涉,从而相互抵消,你在镜头前将看不到一点反光,因为这束红光已经全部穿过镜头了.

为什么我从来没有看到没有反光的镜头? 原因很简单,因为可见光有“红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫”七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头，一般情况下都是让绿光全部进入的，这种情况下，你在可见光中看到的镜头反光其颜色就是蓝紫色，因为这反射光中已经没有了绿光。膜的厚度也可以根据镜头的色彩特性来决定。

定义及其设计：

二十世纪三十年代发现的增透膜促进了薄膜光学的早期发展．对于技术光学的推动来说，在所有的光学薄膜中，增透膜也起着最重要的作用．直至今天，就其生产的总量来说，它仍然超过所有其他的薄膜 因此，研究增透膜的设计和制备教术，对于生产实践有着重要的意义．

我们都知道，当光线从折射率n0的介质射入折射率为n1的另一介质时，在两介质的分界面上就会产生光的反射．如果介质没有吸收，分界面是一光学表面，光线又是垂直入射，则反射率R为透射率为

投射率为：

例如，折射率为1。52的冕牌玻璃，每个表面的反射约为4．2％左右。折射率较高的火石玻璃，则表面反射更为显著．这种表面反射造成了两个严重的后果：光能量损失，使象的亮度降低；表面反射光经过多次反射或漫射，有一部分成为杂散光，最后也到达象平面，使象的衬度降低，从而影响系统的成象质量，特别是电视、电影摄影镜头等复杂系统，都包台了很多个与空气相邻的表面，如不敷上增透膜将完全不能应用．

目前已有很多不同类型的增透膜可供利用．以满足技术光学领域的极大部分需要．可是复杂的光学系统和激光光学，对减反射性能往往有特殊严格的要求．例如．大功率激光系统要求某些元件有极低的表面反射，以避免敏感元件受到不需要的反射的破坏．此外，宽带增透膜提高了象质量、色平衡和作用距离，而使系统的全部性能增强．因此，生产实际的需要促使了减反射膜的不断发展．

在比较复杂的光学系统中， 入射光的能量往往因多次反射而损失。例如，高级照相机的镜头有六、七个透镜组成。反射损失的光能约占入射光能的一半，同时反射的杂散光还要影响成像的质量。为了减少入射光能在透镜玻璃表面上反射时所引起的损失，常在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜（常用氟化镁MgF2，其折射率为1.38，介于玻璃与空气之间），利用薄膜的干涉使反射光能减到最小，这样的薄膜称为增透膜。

现在我们来看一下简单的单层增透膜。设膜的厚度为e，当光垂直入射时，薄膜两表面反射光的光程差为 2ne，由于在膜的上、下表面反射时都有相位突变 ，结果没有附加的相位差，两反射光干涉相消时应满足： 单层增透膜

膜的最小厚度应为（相应于k=0 ）

由于反射光相消，因而透射光加强。

单层增透膜只能使某个特定波长λ的光尽量减少反射，对于相近波长的其他反射光也有不同程度的减弱，但不是减到最弱，对于一般的照相机和目视光学仪器，常选人眼最敏感的波长λ=550nm作为“控制波长”，在白光下观看此薄膜的反射光，黄绿色光最弱，红光蓝光相对强一些，因此镜面呈篮紫色。

有些光学器件需要减少其透射率，以增加反射光的强度。如氦氖激光器中的谐振腔反射镜，要求对波长λ=632.8nm 的单色光的反射率达99%以上。如果把低折射率的膜改成同样厚度的高折射率的膜，则薄膜上下表面的两反射光使干涉加强，这就使反射光增强了，而透射光就减弱，这样的薄膜就是增反膜或高反射膜。一般的单层增反膜可使反射率提高到30%以上，而多层增反膜可以提高的更多。由于这种介质膜对光的吸收很少，所以比镀银、镀铝的反射镜效果更佳

一、镀减反射膜有什么好处

1.镜面反射

光线通过镜片的前后表面时，不但会产生折射，还会产生反射。这种在镜片前表面产生的反射光会使别人看戴镜者眼睛时，看到的却是镜片表面一片白光。拍照时，这种反光还会严重影响戴镜者的美观。

2."鬼影"

眼镜光学理论认为眼镜片屈光力会使所视物体在戴镜者的远点形成一个清晰的像，也可以解释为所视物的光线通过镜片发生偏折并*于视网膜上，形成像点。但是由于屈光镜片的前后表面的曲率不同，并且存在一定量的反射光，它们之间会产生内反射光。内反射光会在远点球面附近产生虚像，也就是在视网膜的像点附近产生虚像点。这些虚像点会影响视物的清晰度和舒适性。

3.眩光

象所有光学系统一样，眼睛并不完美，在视网膜上所成的像不是一个点，而是一个模糊圈。因此，二个相邻点的感觉是由二个并列的或多或少重叠的模糊圈产生的。只要二点之间的距离足够大，在视网膜上的成像就会产生二点的感觉，但是如果二点太接近，那么二个模糊圈会趋向与重合，被误认为是一个点。

对比度可以用来反映这种现象，表达视力的清晰度。对比值必须大于某一确定值（察觉阈，相当于1－2）才能够确保眼睛辨别二个邻近点。

对比度的计算公式为：D＝（a-b)/(a+b)

其中C为对比度，二个相邻物点在视网膜上所成像的感觉最高值为a,相邻部份的最低值为b。如果对比度C值越高，说明视觉系统对该二点的分辨率越高，感觉越清晰；如果二个物点非常接近，它们的相邻部分的最低值比较接近于最高值，则C值低，说明视觉系统对该二点感到不清晰，或不能清晰分辨。 让我们来模拟这样一个场景产：夜晚，一位戴眼镜的驾车者清晰地看见对面远处有二辆自行车正冲着他的车骑过来。此时，尾随其后的汽车的前灯在驾车者镜片后表面上产生反射：该反射光在视网膜上形成的像增加了二个被观察点的强度（自行车车灯）。所以，a段和b段的长度增加，即然分母(a+b)增加，而分子（a-b)保持不变，于是就引起了C值的减少。对比减小的结果会令驾驶员最初产生的存在二个骑车人的感觉重合成为单一的像，就好比区分它们的角度被突然减小！

4.透过量

反射光占入射光的百分比取决于镜片材料的折射率，可通过反射量的公式进行计算。

反射量公式：R＝（n-1)平方/(n+1)平方

R：镜片的单面反射量 n：镜片材料的折射率

例如普通树脂材料的折射率为1.50，反射光R＝（1.50－1）平方/（1.50＋1）平方＝0.04＝4%。

镜片有两个表面，如果R1为镜片前表面的量，R2为镜片后表面的反射量，则镜片的总反射量R＝R1＋R2。（计算R2的反射量时，入射光为100%－R1）。镜片的透光量T＝100%-R1-R2。

由此可见，高折射率的镜片如果没有减反射膜，反射光会对戴镜者带来的不适感比较强烈。

二、原理

减反射膜是以光的波动性和干涉现象为基础的。二个振幅相同，波长相同的光波叠加，那么光波的振幅增强；如果二个光波原由相同，波程相差，如果这二个光波叠加，那么互相抵消了。减反射膜就是利用了这个原理，在镜片的表面镀上减反射膜，使得膜层前后表面产生的反射光互相干扰，从而抵消了反射光，达到减反射的效果。

1.振幅条件

膜层材料的折射率必须等于镜片片基材料折射率的平方根。

一、为什么需要镀减反射膜？

1.镜面反射

光线通过镜片的前后表面时，不但会产生折射，还会产生反射。这种在镜片前表面产生的反射光会使别人看戴镜者眼睛时，看到的却是镜片表面一片白光。拍照时，这种反光还会严重影响戴镜者的美观。

2."鬼影"

眼镜光学理论认为眼镜片屈光力会使所视物体在戴镜者的远点形成一个清晰的像，也可以解释为所视物的光线通过镜片发生偏折并聚集于视网膜上，形成像点。但是由于屈光镜片的前后表面的曲率不同，并且存在一定量的反射光，它们之间会产生内反射光。内反射光会在远点球面附近产生虚像，也就是在视网膜的像点附近产生虚像点。这些虚像点会影响视物的清晰度和舒适性。

3.眩光

象所有光学系统一样，眼睛并不完美，在视网膜上所成的像不是一个点，而是一个模糊圈。因此，二个相邻点的感觉是由二个并列的或多或少重叠的模糊圈产生的。只要二点之间的距离足够大，在视网膜上的成像就会产生二点的感觉，但是如果二点太接近，那么二个模糊圈会趋向与重合，被误认为是一个点。

对比度可以用来反映这种现象，表达视力的清晰度。对比值必须大于某一确定值（察觉阈，相当于1－2）才能够确保眼睛辨别二个邻近点。

对比度的计算公式为：D＝（a-b)/(a+b)

其中C为对比度，二个相邻物点在视网膜上所成像的感觉最高值为a,相邻部份的最低值为b。如果对比度C值越高，说明视觉系统对该二点的分辨率越高，感觉越清晰；如果二个物点非常接近，它们的相邻部分的最低值比较接近于最高值，则C值低，说明视觉系统对该二点感到不清晰，或不能清晰分辨。 让我们来模拟这样一个场景产：夜晚，一位戴眼镜的驾车者清晰地看见对面远处有二辆自行车正冲着他的车骑过来。此时，尾随其后的汽车的前灯在驾车者镜片后表面上产生反射：该反射光在视网膜上形成的像增加了二个被观察点的强度（自行车车灯）。所以，a段和b段的长度增加，即然分母(a+b)增加，而分子（a-b)保持不变，于是就引起了C值的减少。对比减小的结果会令驾驶员最初产生的存在二个骑车人的感觉重合成为单一的像，就好比区分它们的角度被突然减小！

4.透过量

反射光占入射光的百分比取决于镜片材料的折射率，可通过反射量的公式进行计算。

反射量公式：R＝（n-1)平方/(n+1)平方

R：镜片的单面反射量 n：镜片材料的折射率

例如普通树脂材料的折射率为1.50，反射光R＝（1.50－1）平方/（1.50＋1）平方＝0.04＝4%。

镜片有两个表面，如果R1为镜片前表面的量，R2为镜片后表面的反射量，则镜片的总反射量R＝R1＋R2。（计算R2的反射量时，入射光为100%－R1）。镜片的透光量T＝100%-R1-R2。

由此可见，高折射率的镜片如果没有减反射膜，反射光会对戴镜者带来的不适感比较强烈。

二、原理

减反射膜是以光的波动性和干涉现象为基础的。二个振幅相同，波长相同的光波叠加，那么光波的振幅增强；如果二个光波原由相同，波程相差，如果这二个光波叠加，那么互相抵消了。减反射膜就是利用了这个原理，在镜片的表面镀上减反射膜，使得膜层前后表面产生的反射光互相干扰，从而抵消了反射光，达到减反射的效果。

1.振幅条件

膜层材料的折射率必须等于镜片片基材料折射率的平方根。

2.位相条件

膜层厚度应为基准光的1/4波长。d=λ/4 λ=555nm时，d=555/4=139nm

对于减反射膜层，许多眼镜片生产商采用人眼敏感度较高的光波（波长为555nm)。当镀膜的厚度过薄（〈139nm),反射光会显出浅棕黄色，如果呈蓝色则表示镀膜的厚度过厚（ 〉139nm）。