15.Кварц – природный аристал (0,2 – 4,5, 741, нерастворим)
16.Полиэтилен
(0,2 – 3,2; 35 – 7; 7,5-13, 14-30)
10.5. Нетрадиционные оптические материалы на основе стекла
Общее требование к оптическому стеклу (ОС) – химическая и структурная однородность. В новейших производственных процессах изготовления ОС совершенствуется технология ‘золь-гель”, в которой используется раствор кремнезёма, однородный на уровне, близком к молекулярному с исключением стадии плавления. Другое направление - управляемое создание в однородном оптическом стекле структурно-химических неоднородностей, придающих стеклу новые свойства, в частности, выделение в объеме стекла кристаллической фазы с формированием композиционного материала, который сочетает свойства стекла и кристалла. Это- ситаллы (доля кристаллической фазы ~ 70…80%), обладающие высокой механической и тепловой стойкостью, термостойкостью и коэффициентом термического расширения близким к 0 (астроситаллы). Перспективно также создание стекол с микродисперсной полупроводниковой фазой, в которых концентрация кристаллической фазы £ 1% в связи с малой растворимостью полупроводниковых соединений в стеклообразной матрице. Эти композиты обладают, в частности, фотохромными нелинейно-оптическими свойствами и создаются с добавлением галогенидов серебра и меди на основе сульфоселенидов кадмия.
11. Оптические фильтры
Задача улучшения отношения сигнал/шум, выделения полезной информации на фоне помех не может быть решена без применения методов оптической фильтрации. Т.о. оптические фильтры – один из основных элементов ОЭС.
11.1. Классификация оптических фильтров
Оптические фильтры с учетом выделяемой области спектра разделяются на полосовые и отрезающие. Для классификации фильтров по физическому принципу их взаимодействия с излучением необходим учет не только оптических постоянных материала, но и отношения длины волны фильтруемого излучения к размерам конструктивных элементов фильтра. Лишь в простейшем случае, когда оптический фильтр (ОФ) представляет собой плоскопараллельную пластинку от соотношения показателей преломления и поглощения зависит, какая часть спектра излучения пройдет через пластинку. При этом, если пластинка имеет области селективного отражения, то она может использоваться как отражающий фильтр, при сильном поглощении в отдельных участках длин волн пластинка будет фильтровать проходящее излучение, т.е. являться поглощающим фильтром.
В том случае, если одно измерение пластинки, например, толщина уменьшается, наступают условия, при которых становятся существенными волновые эффекты. В частности, если размеры пластинки в двух измерениях велики по сравнению с длиной волны, а в одном сравнимы, т.е. она обращается в тонкую пленку и наблюдается интерференция волн в отраженном и прошедшем потоках. Система таких пленок с соответствующим образом подобранными оптическими постоянными позволяет реализовать интерференционный фильтр.
Если два измерения пластинки сравнимы с длиной волны и она преобразуется в полоску или нить, то наступит более сложный характер интерференционного взаимодействия излучения с объектом – дифракция. Система таких полос, представляющих собой совокупность неоднородностей в поле излучения, составляет дифракционный фильтр.
Наконец, если все три измерения пластинки сранимы с длиной волны и пластинка обращается в частицу, форма которой может быть произвольной – то наступает самый сложный случай взаимодействия – рассеяние излучения. Совокупность частиц, а также шероховатая поверхность раздела двух сред, размеры неоднородностей которых сравнимы с длиной волны могут служить рассеивающими фильтрами. Вообще говоря, оптические неоднородности, в рассеивающем фильтре обладают дисперсией оптических постоянных. Если, например, показатель преломления совпадает с показателем преломленияокружающей среды лишь для одного узкого участка длин волн, то такая система фильтрует проходящее излучение и называется рассеивающим дисперсионным фильтром. Т.о. спектральная характеристика ОФ зависит как от спектрального хода оптических постоянных, так и от соотношения между конструктивными элементами фильтра и длиной волны фильтруемого излучения. В некоторых случаях удается использовать оба эти фактора.
11.2. Характеристики ОФ
Выше отмечалось, что ОФ разделяется на полосовые и отрезающие.
Полосовые фильтры характеризуют l0(lmax), Тmax, полушириной d на уровне 0,5 Тmax, Тmin в крыльях, контрастностью (см. рис.30).
Соответственно для отрезающего фильтра: Tmin, l0,1, l0,1Tmax, l0,5Tmax, l0,9Tmax, lTmax и их положение в центре.
Крутизна полосового ОФ
(38)
Для полосовых П – образных фильтров должны быть заданы граничные длины волн.
|
|
Tmin |
|
T0,1 |
|
T0,5 |
|
T0,9 |
|
Tmax |
|
T |
|
Тмах |
|
|
Тмин |
|
l0,1 |
|
l0,5 |
|
l0,9 lmax |
|
l |
|
l |
|
lmax |
Рис. 30
Заметим, что, если область чувствительности приемника излучения Dl значительно шире d ОФ, величина Tmin должна быть прослежена во всем интервале Dl .
11.3. Основные типы оптических фильтров.
11.3.1. Отражающие фильтры
Здесь должны быть выделены:
· фильтры для выделения достаточно широких участков длин волн, работающие по методу остаточных лучей. В таком фильтре используется наличие у его материала области с резко заниженным коэффициентом отражения. В этом случае организуется схема, в которой от материала фильтра (кристаллов) после двух –трехкратного отражения в спектре остаются только те лучи, которые относятся к области максимального отражения (схема Уайта). Материалы: LiF, CaF2, NaCl и т.д. для области >50 мкм.
· Диэлектрические зеркала можно отнести к фильтрам, работающим по методу остаточных лучей и образуются за счет использования многократного отражения от зеркал, изготовленных из многослойных диэлектрических покрытий.
|
|
|
|
· Фильтры полного внутреннего отражения.
|
|
Простейшее конструктивное исполнение: излучение с длиной волны большей чем зазор между призмами проходит в прямом направлении. С меньшими длинами волн – отражается от воздушного промежутка.
· Отражение от дифракционных решеток и сеток.
· Матированные зеркала – используется зеркальная составляющая рассеянного излучения, амплитуда которого зависит от дисперсности частиц на поверхности зеркал.
11.3.2. Поглощающие фильтры
Конструктивно – это пластинки (кристаллические, стекла, оптическая керамика, пластмассы), а также кюветы, наполненные жидкостью или газом: жидкостные и газовые фильтры.
11.3.3. Интерференционные фильтры
Узкополостные и отрезающие представляют собой пластину из оптического материала, на которую наносится последовательность пленок других оптических материалов.Интерференция излучения в такой системеи определяет требуемые характеристики ОФ.
11.3.4. Рассеивающие дисперсионные фильтры
Представляют собой пластины оптического материала с нанесенным слоем мелкодисперсных частиц с заданным n(l) и спектром размеров.
11.3.5. Комбинированные фильтры – интерференционно-абсорбционные
* Закон Бугера применим при молекулярном поглощении только для монохроматического излучения.
