n - Instytut Fizyki

Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej
Fizyka Cienkich Warstw
W-7
WARSTWY PRZECIWODBLASKOWE
Odbicie światła na granicy ośrodków
Dla fali typu „p”
n0
N 0( p ) 
cos  0
N0  N s
r 
N0  N s
N 0( s )  n0  cos  0
i „s” mamy:
Ns( p) 
ns
cos 1
N s ( s )  ns  cos 1
Współczynnik odbicia światła na granicy ośrodków 0/1 zależy od:
• współczynników załamania ośrodków
• od kąta padania światła
• stanu polaryzacji światła:
Dla φ0=0 mamy:
n0  ns
r 
n0  ns
 n0  n s 

R  
 n0  n s 
Jak zmmniejszyć R ?
Należy
na
daną
antyrefleksyjną
2
powierzchnię
nanieść
warstwę
Jednowarstwowe pokrycia antyrefleksyjne
Zakładamy kąt padania 0=0
r1 
n 0  n1
n 0  n1
r2 
r
2 i1
r1  r2 e
1  r1r2 e  2i1
R r
Dla warstwy przeciwodblaskowej
kładziemy
2i1
1
2
r  r e
0
2
n1  ns
n1  ns
β1-grubość fazowa:
β1=2πλ-1n1d1cos1
r1  r2  cos(21 )  0
r2  sin(21 )  0
Spełnione muszą być dwa warunki:
1˚ Warunek amplitudowy:
czyli:
n0  n1 n1  ns
r1  r2 

n0  n1 n1  ns
n1  n0  ns
n0<n1<ns
2˚ Warunek fazowy (interferencja destruktywna):

n1  d1  (2m  1) 
4
21  (2m  1)  
gdzie m=0,1,2,3,...

n1  d1 
4
W praktyce
najczęściej
m=0
Jednowarstwowe pokrycia antyrefleksyjne
Ograniczenia jednowarstwowych pokryć AR:
(1) Podłoża szklane lub kwarcowe
nie można uzyskać odbicia mniejszego niż ok. 1,3 %, gdyż
wybór materiałów o współczynniku załamania: 1,0<n1<1,5
jest dość ograniczony.
(2) Podłoża półprzewodnikowe
można uzyskać R bliskie zeru przy min, jednak odbicie
szybko rośnie zarówno dla <min, jak i dla >min.
Dwuwarstwowe pokrycia antyrefleksyjne
r2  r3e 2i 2
r 
1  r2 r3e 2i 2
r1  r ' e 2i1
r
1  r1r ' e 2i1
'
warstwa 1:
n  n1
r1  0
n0  n1
n  n2
r2  1
n1  n2
r3 
X
n2  ns
n2  ns
β1=2πλ-1n1d1,
β2=2πλ-1n2d2
d1 n1
Podłoże+warstwa 2
R=r2
R
X
1 X
ns
{[( nn0s  1) cos 1 cos  2  ( nn12  nn0snn12 ) sin 1 sin  2 ]2  [( nn10  nn1s ) sin 1 cos  2  ( nn02  nn2s ) cos 1 sin  2 ]2 }
4n 0
Dwuwarstwowe pokrycia antyrefleksyjne
Praktyczne zastosowanie znalazły pokrycia typu:
1) Podłoże - H(/4)-L(/4)
2) Podłoże - H(/2)-L(/4)
Dwuwarstwowe pokrycia antyrefleksyjne
Pokrycia typu: podłoże-H(¼)-L(¼)
1=2
n 1d1  n 2 d 2  (2m  1)
m=0
n 1d1  n 2 d 2 
Możliwe praktyczne
rozwiązania:

4
(a) Charakterystyki R() typu V
(b) Charakterystyki R() typu W

4
Dwuwarstwowe
pokrycia
antyrefleksyjne
typu P-H(/4)-L(/4)
Symulacja pokryć
typu H(¼)-L(¼)
na krzemie
Dwuwarstwowe pokrycia antyrefleksyjne
typu P-H(/2)-L(/4)
L(¼)
n1 d1
H(½)
n2 d2
Podłoże
Przykład pokrycia typu H(/2)-L(/4)na szkle
ns
n =1,38 (MgF2) λ/4
n2= zmienne λ/2
1
Szkło n=1.51
3-warstwowe pokrycia antyrefleksyjne
R=r2
3-warstwowe pokrycia antyrefleksyjne
typu (¼),( ¼),(¼)
Uwaga: tego typu układ mało efektywny dla szkła i kwarcu
stosuje się dla podłoży półprzewodnikowych
3-warstwowy układ
antyrefleksyjny (3× /4) na
germanie
3-warstwowe pokrycia antyrefleksyjne
typu (/4),(/2),(/4)
Uwaga: układ efektywny dla podłoży szklanych
Visible range
n0=1
n1=1,38
n2=zmienne
n3=1,7
ns=1,51
Pokrycia antyrefleksyjne – oferta producentów
VAR
Single AR Coating
Lowest reflection for one single
wavelength or a narrow band
DAR
Double AR Coating
Lowest reflection, optimized for
two wavelengths
TAR
Triple AR Coating
Lowest reflection, optimized for
three wavelengths
BBAR
Broad Band AR Coating
Lowest reflection, optimized for a
broad band wavelength area
MAR
Multiple AR Coating
Combination of AR types
WAR
Wide Angle AR Coating
Optimized for a wide angle of
incidence (e.g. 0-45°), also
available for a broad band
wavelength area
Firma:
Laseroptik GmbH
Niemcy
Pokrycia antyrefleksyjne – oferta producentów
Firma:
VacuLayer Corp.
Canada
Pokrycia antyrefleksyjne –przykłady zastosowań
(1) Pokrycia antyrefleksyjne dla kamer i aparatów fotograficznych
a) Ilustracja przejścia światła
dla soczewki bez powłoki
(dużo refleksów)
b) Ilustracja przejścia światła
dla soczewki z powłoką
(praktycznie bez refleksów)
Pokrycia antyrefleksyjne –przykłady zastosowań
(1) Pokrycia antyrefleksyjne dla kamer i aparatów fotograficznych
Examples of the latest in thin film AR Coating
At left a single coated lens using thin film in the 1950's - 1970's.
At right a more recent lens. Green-purple reflections means all
lenses are multicoated.
Pokrycia antyrefleksyjne –przykłady zastosowań
(2) Pokrycia AR dla okien sklepowych, ekspozycji muzealnych etc.
Szyba bez warstwy AR
Mała intensywność
wiązki z
pomieszczenia
Duże odbicie światła
słonecznego
na zewnątrz
pomieszczenia
wnętrze
pomieszczenia
Pokrycie AR
obserwator
Pokrycia antyrefleksyjne –przykłady zastosowań
Pokrycie AR 3-warstwowe na szkle
n1 λ/4
n2 λ/2
n3 λ/4
szkło
Pokrycia antyrefleksyjne –przykłady zastosowań
(3) Pokrycia antyrefleksyjne na półprzewodnikach GaInP-InGaAs-Ge
- przetworniki fotoelektryczne
R<5%
R=36%
Si
Fotoogniwo
bez pokrycia AR
AR Si
Fotoogniwo
z warstwą AR
Pokrycia antyrefleksyjne –przykłady zastosowań
(4) Pokrycia antyrefleksyjne na różnych instrumentach
np. kabina pilota
Wiązka światła
właściwa
Wiązka światła
zakłócająca
9497492e
Monitor
58983486
Pokrycia antyrefleksyjne –przykłady zastosowań
(5) Pokrycia antyrefleksyjne na szkłach okularowych
Lenses without antireflective coating.
Firma Essilor
Lenses with antireflective coating.
Pokrycia antyrefleksyjne –przykłady zastosowań
(5) Pokrycia antyrefleksyjne na szkłach okularowych
i widzenie nocne
One of the most frequent complaints of eyeglass wearers is the
"halo" or "starburst" effect from lights at night. AR significantly reduces
these effects, producing a remarkable improvement in night vision.
Lenses without antireflective coating.
Lenses with antireflective coating.
Pokrycia antyrefleksyjne –przykłady zastosowań
(5) Pokrycia antyrefleksyjne na szkłach okularowych
i widzenie nocne
This is especially true while driving at night. Reduced glare from surrounding
lights as well as oncoming headlights enables you to drive more safely at night.
Lenses without antireflective coating.
Lenses with antireflective coating.