Контрольні питання до лабораторної роботи № 1
“Дослідження оптичних параметрів багатошарових
діелектричних дзеркал”

1. Як побудоване БДД?
2. Які матеріали застосовуються для виготовлення БДД і як від них залежить коефіцієнт відбиття?

3. Який принцип роботи БДД?
4. Як залежить оптична товщина діелектричних плівок від кута падіння світла?
5. В яку область спектру (довгохвильову або короткохвильову) зміщується спектральна характеристика БДД при збільшенні кута падіння світла?

6. Які характерні області має спектральна крива БДД?
7. Назвіть оптичні параметри БДД
8. Як розподіляється в просторі потужність падаючого на дзеркало випромінювання і яке співвідношення між результуючими компонентами

9. Що таке коефіцієнт поглинання, яке його типове значення?
10. Що таке коефіцієнт пропускання, як його вимірюють?
11. Призначення поляризатора і пластинки l/4 в приладі для вимірювання пропускання.

12. Що таке коефіцієнт відбиття, як його вимірюють?
13. Що таке коефіцієнт розсіювання, як його вимірюють?
14. Переваги та недоліки різних оптичних схем для вимірювання розсіювання.

15. Що таке розсіювання назад у БДД і як його можна виміряти?
16. Чи змінює БДД вид поляризації падаючого на нього випромінювання?
17. З яких міркувань вибирається ширина вихідної щілини монохроматора
18. Яка геометрична товщина шарів L і H у діелектричного дзеркала, якщо максимум відбиття припадає на l = 700 нм, а шари виготовлені з SiO
2

з n = 2,0?
19. Чому діелектричне дзеркало незначно ускладнює спостереження різних предметів, навіть якщо його коефіцієнт пропускання становить десяті й соті частки відсотка?

20. Основні джерела похибок при вимірюванні коефіцієнта відбиття. Як його можна зменшити?

1. БДД являє собою багатошарову структуру, що складається як правило, із 11-31 шарів, що чергуються з високим (H) і низьким
(L) показниками заломлення однакової оптичної товщини

0/4 . де

0 -довжина хвилі максимуму відбиття).Найчастіше застосовуються покриття з непарним числом шарів, крайні шари яких, межують з підкладкою і навколишнім середовищем, мають високий показник заломлення. Таке покриття з непарним числом шарів на поверхні прозорої підкладки S1 (наприклад, скла) позначають таким чином S1HLHL … HLH
2. В якості високозаломлюючих речовин у видимій області спектра використовують ZnS, Ti02, Zr02, Н, Ta2O5, показник заломлення яких nH, знаходиться в межах 2,30...1,85. Шари із низьким показником заломлення nL виконують із Na3AlFC
(криоліт), MgF2, SiO2, показники заломлення яких відповідно дорівнюють 1,35; 1,39; 1,45. При однаковому числі шарів коефіцієнт відбиття БДД тим вище, чим більше різниця в показниках заломлення шарів. Дзеркала з шарів, виконаних з оксидів, мають істотно більш високу механічну і хімічну стійкість, їх останній шар, що межує з повітрям, виконують з SiO2 товщиною /2.

3. Принцип роботи БДД пояснюється тим, що на кожній межі розділу прозорих середовищ з показниками заломлення n1 і n2 відбувається віддзеркалення світла. Якщо шари однорідні, непоглинаючі та ізотропні, амплітуда відбитого від такої межі розділу променя : 1 2 1 2 12 n n n n r    . Якщо оптична товщина кратна /4, інтерферуючі промені знаходяться у фазі, що викликає посилення інтенсивності відбитого світла. Спектральна крива коефіцієнта відбиття багатошарового покриття досить складна. Значення коефіцієнта відбиття визначається числом шарів, їх оптичною товщиною nihi , показниками заломлення і співвідношенням з довжиною світлової хвилі i . Зміна оптичної товщини шарів і їх числа значно впливає на спектральну криву коефіцієнта. Використовуючи ці показники, можна отримувати різноманітні інтерференційні відбивачі, що здійснюють спектральне розділення падаючого світла на відбитий і той, який проходить, в додаткових кольорах. В залежності від умов експлуатації тонкі інтерференційні покриття на поверхні скла використовують в пучках, що падають під різними кутами до поверхні. Із збільшенням кута падіння світла оптична різниця ходу променів, відбитих від границь розділу шарів, зменшується, що призводить до зниження ефективної оптичної товщини плівок і до зміни 4 спектральних характеристик відбитого світла і того, яке проходить. Пояснимо цена прикладі одиночної плівки.

4. Умови відбиття і заломлення світла на двох кордонах розділу трьох середовищ з різними показниками заломлення (скла n3, плівки n2, і повітря n1 = 1) показані на рис. 1.1.
Промінь світла, що падає на поверхню розділу в точці А під кутом 1 до нормалі, розділяється на промінь АЕ, відбитий назад в перше середовище (повітря), і промінь АВ, переломлений у друге середовище n2. Промінь АВ відбивається в точці В від кордону розділу n2/n3 назад у друге середовище n2 і після заломлення через межу розділу n2/n1 виходить у перше середовище (CF) Оптична різниця ходу променів і площини CD
Я
кщо геометрична товщина плівки дорівнює h1, а кути падіння і заломлення, утворені променем з нормаллю до поверхні, 1 та то

Якщо врахувати закон заломлення на межі двох середовищ n1 і n2 то оптична різниця ходу променів
Звідки:
5. Величину n2hcos

2 , що визначає положення екстремуму і характер спектрального відбиття від поверхні з плівкою при падінні під кутом, часто називають ефективною товщиною плівки. Таким чином, при збільшенні кута падіння оптична товщина плівки буде зменшуватися пропорційно косинусу кута заломлення в плівці. В результаті екстремальне значення (Rmax або Rmin) і вся спектральна крива змістяться в напрямку короткохвильової частини спектру. Однак наведений розрахунок слід розглядати як наближений, оскільки в ньому не враховуються деформації спектральної кривої, викликані явищами поляризації світла, відбитого під кутом.
6. В цілому спектральна крива БДД має такі характерні області: зону високого відбивання шириною декілька сотень нанометрів, де знаходиться основний максимум першого порядку, і зону з побічними максимумами. Для багатошарових покриттів з шарів рівної оптичної товщини характерні однакова висота побічних максимумів по обидві сторони від основного.
7. дзеркала характеризуються, як правило, одним параметром - коефіцієнтом відбиття на робочій довжині хвилі.

8. Значення коефіцієнта відбиття визначається числом шарів, їх оптичною товщиною nihi , показниками заломлення і співвідношенням з довжиною світлової хвилі i . Зміна оптичної товщини шарів і їх числа значно впливає на спектральну криву коефіцієнта. Використовуючи ці показники, можна отримувати різноманітні інтерференційні відбивачі, що здійснюють спектральне розділення падаючого світла на відбитий і той, який проходить, в додаткових кольорах.
9. Коефіцієнт поглинання, який визначається як для БДД складає соті частки відсотка і в більшості розрахунків приймається рівним нулю.
10. Коефіцієнт пропускання, який визначається як. Для встановлення потрібного виду поляризації на шляху променя розміщують поляризатор
12. коефіцієнт відбиття
13. Коефіцієнт розсіювання