Диэлектри́ческое зе́ркало — зеркало, отражающие свойства которого формируются благодаря покрытию из нескольких чередующихся тонких слоёв из различных диэлектрических материалов . При надлежащем выборе материалов и толщин слоёв 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 . Такие зеркала также могут обеспечить хорошее отражение в широком диапазоне длин волн, например, во всём видимом диапазоне спектра.

Диэлектрические зеркала широко используются в разнообразных оптических приборах. Примерами использования являются резонаторы лазеров , тонкоплёночные (частично отражающие зеркала), интерферометры. Кроме того, пара тонкоплёночных зеркал, напылённых на одной и той же подложке, могут использоваться как спектральные фильтры, например в современных отражающих солнечных очках. Зеркала обладают большой стойкостью к воздействию интенсивных потоков оптического излучения, что важно для мощных лазеров, у которых на зеркалах сосредотачивается огромная оптическая плотность излучения, которая приводит к оптическому пробою (расплавлению и абляции ) материала слоёв зеркала .

Принцип действия

Действие диэлектрического зеркала основано на интерференции световых лучей, отражённых от границ между слоями диэлектрического покрытия. Простейшие диэлектрические зеркала являются одномерным фотонным кристаллом , образованным чередующимися слоями с бо́льшим и меньшим показателем преломления (см. схему), т. е. являются Брэгговским отражателем . Толщины слоёв выбираются таким образом, чтобы имела место конструктивная интерференция , т. е сложение всех отражённых от границ структуры лучей. Для этого толщины слоёв делают такими, чтобы оптическая длина пути ( ${\displaystyle nd}$ , см.рисунок) в каждом из них была кратна ${\displaystyle \lambda /4}$ , где ${\displaystyle n}$ — показатель преломления слоя, ${\displaystyle d}$ — его геометрическая толщина, ${\displaystyle \lambda }$ — длина волны. Обычно, но не всегда, оптическая длина пути во всех слоях составляет четверть длины волны. Тот же принцип используется для создания многослойных просветляющих покрытий , в которых толщины слоёв 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 отражённого света. При расчёте диэлектрических зеркал обычно используют методы матричной алгебры .

Производство

Производство диэлектрических зеркал основано на различных методах нанесения тонких плёнок . Наиболее распространёнными являются методы химическое парофазное осаждение , физическое парофазное осаждение , которое осуществляется в высоковакуммных камерах с помощью плотных высокоэнергетичных электронных или ионных пучков . 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

Примечания