Просветление оптики

Объективы современных фотоаппаратов и кинопроекторов, перископы подводных лодок и различные другие оптические устройства состоят из большого числа оптических стекол – линз, призм и др.

Проходя через такие устройства, свет отражается от многих поверхностей. Число отражающих поверхностей в современных фотообъективах превышает 10, а в перископах подводных лодок доходит до 40. При падении света перпендикулярно поверхности доля отраженной от нее энергии составляет 5-9% от всей энергии. Поэтому сквозь прибор часто проходит всего 10-20% поступающего в него света. В результате этого освещенность изображения получается малой. Кроме того, ухудшается качество изображения. Часть светового пучка после многократного отражения от внутренних поверхностей все же проходит через оптический прибор, но рассеивается и уже не участвует в создании четкого изображения. На фотографических изображениях, например, по этой причине образуется "вуаль". Для устранения этих неприятных последствий отражения света от поверхности оптических стекол надо уменьшить долю отражаемой энергии света. Даваемое прибором изображения делается при этом ярче, "просветляется". Отсюда и происходит термин просветление оптики. Просветление оптики основано на интерференции. На поверхность оптического стекла, например линзы, наносят тонкую пленку с показателем преломления nп, меньшим показателя преломления стекла nс. Для простоты рассмотрим нормальное падение света на пленку. Разность хода световых волн 1 и 2, отраженных от верхней и нижней поверхностей пленки, равна удвоенной толщине пленки 2h. Длина волны lп в пленке меньше длины волны l в вакууме в n раз:

lп = l/nп

Для того, чтобы волны 1 и 2 ослабляли друг друга, разность хода должна равняться половине длины волны в пленке:

2h = lп/2 = l/2nп (1)

Если амплитуды обеих отраженных волн одинаковы или очень близки друг к другу, то гашение света будет полным. Чтобы добиться этого, подбирают соответственным образом показатель преломления пленки, так как интенсивность отраженного света определяется отношением коэффициентов преломления двух граничащих сред. На линзу при обычных условиях падает белый свет. Выражение (1) показывает, что требуемая толщина пленки зависит от длины волны. Поэтому осуществить гашение отраженных волн всех частот невозможно. Толщину пленки подбирают так, чтобы полное гашение при нормальном падении имело место для длин волн средней части спектра (зеленый цвет); она должна быть равна четверти длины волны в пленке:

h = lз/4nп

Отражение света крайних участков спектра – красного и фиолетового – ослабляется незначительно. Поэтому объектив с просветленной оптикой в отраженном свете имеет сиреневый оттенок. Сейчас даже простые дешевые фотоаппараты имеют просветленную оптику.