Диэлектрическое зеркало

Диэлектри́ческое зе́ркало — зеркало, использующеся в оптических приборах, отражающие свойства которого формируются благодаря покрытию из нескольких чередующися тонких слоев из разных диэлектрических материалов. При надлежащем выборе материалов и толщин слоев можно создать оптические покрытия с требуемым отражением на выбранной длине волны. Диэлектрические зеркала могут обеспечивать очень большие коэффициенты отражения, (так называемые суперзеркала), которые обеспечивают отражение более 0.99999 падающего света^{[источник не указан 155 дней]}. Такие зеркала также могут обеспечить хорошее отражение в широком диапазоне длин волн, например, во всем видимом диапазоне. Диэлектрические зеркала, благодаря развитой технологии, сделавшей их производство относительно недорогим, практически вытеснили в науке и технике зеркала с металлическим покрытием^{[источник не указан 155 дней]}. Примерами использования диэлектрических зеркал являются резонаторы лазеров, тонкопленочные делитель пучка (частично отражающие зеркала), интерферометры. Кроме того, пара тонкопленочных зеркал, напыленные на одной и той же подложке, используются как спектральные фильтры, например в современных отражающих солнечных очках. Зеркала обладают большой оптической стойкостью, что важно для мощных лазеров, у которых на зеркалах сосредотачивается огромная оптическая плотность, которая приводит к оптическому пробою (расплавлению и абляции) материала слоев зеркала

Принцип действия

Схема диэлектрического зеркала. Тонкие слои материала с более высоким показателем преломления n₁ чередуются с более толстыми слоями с меньшим показателем преломления n₂. Оптические длины пути l_A и l_B отличаются точно на одну длину волны, что приводит к конструктивной интерференции в отраженной волне.

Действие диэлектрического зеркала основано на интерференции световых лучей, отраженных от границ между слоями диэлектрического покрытия. Простейшие диэлектрические зеркала являются одномерным фотонным кристаллом, образованным чередующимися слоями с большим и меньшим показателем преломления (см. схему), т.е. являются Брэгговским отражателем. Толщины слоев выбираются таким образом, чтобы имела место конструктивная интерференция , т.е сложение, всех отраженных от границ структуры лучей . Для этого оптические толщины слоев ($n*d$, см.рисунок) выбирают кратными $\lambda/4$, где n - показатель преломления слоя, d -его геометрическая толщина, $\lambda$ - длина волны. Обычно, но не всегда, все слои имеют оптическую длину пути в четверть длины волны. Тот же принцип используется для создания многослойных просветляющих покрытий, в которых толщины слоев выбираются так, чтобы минимизировать, а не максимизировать отражение.

Другие конструкции диэлектрических зеркал могут иметь более сложную структуру слоев, которая рассчитывается обычно методом численной оптимизации. При этом можно также контролировать дисперсию отраженного света. При расчете диэлектрических зеркал обычно используют методы матричной алгебры .

Производство

Диэлектрическое микрозеркало, диаметром около 13 микрометров, вырезанное из большей подложки. Изображение получено с помощью электронного микроскопа. На нижнем крае зеркала хорошо видны чередующиеся слои Ta₂O₅ и SiO₂.

Производство диэлектрических зеркал основано на различных методах нанесения тонких пленок. Наиболее распространенными являются методы химическое парофазное осаждение физическое парофазное осаждение, которое осуществляется в высоковакуммных камерах с помощю плотных высокоэнергетичных электронных или ионных пучков ионное осаждение. Химическое осаждение осуществляется с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии. Основными материалами, используемыми для создания слоев являются фторид магния, двуокись кремния, пентоксид тантала, сульфид цинка (n=2.32), и двуокись титана (n=2.4).

См. также

• Дихроичный фильтр

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 14 мая 2012.