增透膜

Anti-Reflection Film

增透膜原理：“当薄膜的厚度适当时，在薄膜的两个面上反射的光，路程差恰好等于半个波长，因而互相抵消。这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。”

其一是当光从一种介质进入另一种介质时，如果两种介质的折射率相差减小，反射光的能量减小，透射光的能量增加。当光射到两种透明介质的界面时，若光从光密介质射向光疏介质，光有可能发生全反射；当光从光疏介质射向光密介质，反射光有半波损失。对于玻璃镜头上的增透膜，其折射率大小介于玻璃和空气折射率之间，当光由空气射向镜头时，使得膜两面的反射光均有半波损失，从而使膜的厚度仅仅只满足两反射光的光程差为半个波长。膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多经历的路程，即为膜的厚度的两倍。所以，膜厚应为光在薄膜介质中波长的1/4，从而使两反射光相互抵消。由此可知，增透膜的厚度d＝λ/4n （其中n为膜的折射率，λ为光在空气中的波长）。

如果镜头表面不涂薄膜，光直接由折射率为n1=1.0空气垂直入射到折射率为n2=1.5的玻璃的介面时，反射率，即将有4%的入射光能被反射，96%的入射光能进入玻璃，这说明光学器件表面的反射光会导致光能损失。进入玻璃的光再从玻璃垂直进入空气的分介面时，透射光与入射光相比，又要产生相同比例的能量损失。即一个简单玻璃透镜，光通过它的两个透光表面，透射光的强度I只占原入射光强度I0 的。

人们普遍使用较高级照相机的物镜、潜水艇上用的潜望镜等一般都由多个透镜组成，其目的是利用凸透镜和凹透镜的不同性质消除相差。光能损失越大，所成像的质量越差，而且反射光还可能被其它表面再反射到像的附近，形成有害的杂光，将进一步减弱成像质量。

如果在玻璃镜头表面涂上一层其折射率介于玻璃和空气之间的透明介质，当有增透膜时透射光的能量是原入射光能量的。增加氟化镁薄膜后，透射光能提高了97.3％－92％＝5.3％，所以反射光能减少了。则涂有增透膜的6个透镜组成的镜头，与相同情况下光直接由空气进入玻璃镜头时相比较，提高了透射光能量84.8%-61%=23.8%，减少了光的反射损失。

利用薄膜干涉的原理，增加了透射光的能量。因为当光从光疏介质射向光密介质时，反射光有半波损失，即反射光与入射光相位恰好相反。

若光直接由空气垂直射到玻璃镜头的表面时，反射光将直接与入射光相遇发生干涉相消，反射光抵消一部分入射光，使透射光的能量减少。

若在玻璃镜头表面涂上一层薄膜，使它的厚度等于光在薄膜中波长的四分之一。

当光再由空气射向镜头时，由于薄膜两个面的反射光均有半波损失，膜后表面的反射光比膜前表面反射光的光程差恰好相差半个波长，此时产生干涉相消的不是反射光与入射光，而是

薄膜前后两个表面的反射光相消，即相当于增加了透射光的能量。

根据光的传播理论，不同频率的光在同一介质中传播速度和波长是不同的，但选择材料厚度只能是某一波长的四分之一，即只能使某一频率的反射光相消，其它频率的反射光不能完全相消。因此，对涂有增透膜的光学器件在白光照射下会呈现一定颜色。例如照相机底片对波长为5500埃的黄绿色光最敏感，它要消除波长为5500埃的这种色光的反射光而增加它的透射光，其薄膜的厚度只能是这种色光在薄膜中波长的四分之一。当反射光在原来白光中少了黄绿色光后，镜头就会呈现出淡紫色。

一、为什么在光学镜头上涂一层透明薄膜即增透膜呢?

1935年德国蔡司厂的工程师发明了镜头镀膜技术，即防反光镀膜技术也叫蔡司镀膜技术。光学装置，如摄影机、电影放映机的镜头、潜水艇的潜望镜等都是由许多光学元件即透镜、棱镜等组成的。进入这些装置的光，在每一个镜面上都有一部分光被反射，因此只有10～20％的入射光通过装置，所成的像既暗又不清晰。计算表明，如果一个装置中包含有六个透镜，那么将有50％的光被反射。若在镜面上涂上一层透明薄膜，即增透膜，就大大减少了光的反射损失，增强光的透射强度，从而提高成像质量。

二、为什么要求增透膜的厚度是入射光在薄膜介质中波长的四分之一呢?

当光射到两种透明介质的界面时，若光从光密介质射向光疏介质，光有可能发生全反射；当光从光疏介质射向光密介质，反射光有半波损失。对于玻璃镜头上的增透膜，其折射率大小介于玻璃和空气折射率之间，当光由空气射向镜头时，使得膜两面的反射光均有半波损失，从而使膜的厚度仅仅只满足两反射光的光程差为半个波长。膜的后表面上的反射光比前表面上的反射光多经历的路程，即为膜的厚度的两倍。所以，膜厚应为光在薄膜介质中波长的1/4，从而使两反射光相互抵消。由此可知，增透膜的厚度d＝λ/4n（其中n为膜的折射率，λ为光在空气中的波长）。

三、为什么增透膜要用折射率为1.38的氟化镁作材料镀制呢?

单层增透膜的理论依据表明：当膜的折射率n膜满足：（其中n空、n玻分别为空气和玻璃的折射率）时，反射光的强度为零，光的透射率为100％。对于一般折射率在1.5左右的光学玻璃，为了用单层膜达到100％的增透效果，其膜

的折射率 =(n空X n玻)1/2=(1 X 1.5)1/2=1.22 折射率如此低的镀膜材料很难找到。所以，现在一般都用折射率为1.38的氟化镁(MgF2)镀制单层增透膜。不过对于折射率较高的光学玻璃，单层氟化镁膜能达到很好的增透效果。

其实是通过理论推导出来的

光束在增透膜前后两个面形成反射光，若两光束的光程差为半波长的奇数倍时，反射光就相干相消，折射光增强。

当光程差为波长的一半时，增透膜的厚度为四分之波长，此时增透膜最薄。

实验可以证明的。

对于问题补充的回答：

相干相消折射光增强是因为能量守恒，反射光能量减少，折射光能增强。

后面那个问题：

其实分析光的干涉是建立在惠更斯原理之上的，即“波面上的每一点（面元）都是一个次级球面波的子波源”，波源产生的光是一个球面波，为了分析方便划成了所谓的“光束”。两个相干光源在不同方向的光束有的地方是加强点，有的地方是消弱点，加强点能量较大，消弱点能量较小。

建议去看看普通物理学中的惠更斯原理和菲涅耳对惠更斯原理的改进。