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望遠鏡基礎知識——光學鍍膜

(2007年06月12日 20:47:45)
來源︰北大青年天文學會

□作者:

[1]

光學鍍膜

影響一面平面透鏡的透光度有許多成因。鏡面的粗糙度會造成入射光的漫射,降低鏡片的透光率。此外材質的吸旋光性,也會造成某些入射光源的其中部分頻率消散的特別嚴重。例如會吸收紅色光的材質看起來就呈現綠色。不過這些加工不良的因素都可以盡可能地去除。

很可惜的是大自然里本來就存在的缺陷。當入射光穿過不同的介質時,就一定會發生反射與折射的問題。若是我們垂直入射材質的話,我們可以定義出反射率與穿透率。

很多人會好奇地問︰

一片完美且無鍍膜玻璃的透光度應該有多少?

既然無鍍膜的玻璃透光度不好,那加上幾層鍍膜後,透光率應該更差才是?

鍍膜的折射率

其實這兩個問題是一致的。只要能了解第一個問題,其它的自然就迎刃而解了。

根據電磁學的基本理論里,提到對于不同介質的透射與反射。

若是由介質 n1垂直入射至 n2

反射率=[ (n2 -n1) / (n1+n2) ]2

穿透率=4n1n2 / (n1+n2)2

範例

若是空氣的折射率是 1.0 ,鍍膜的折射率 nc(例如︰1.5) ,玻璃的折射率 n (例如︰1.8)

(1)由空氣直接進入玻璃

穿透率= 4×1.0×1.8 / ( 1+1.8 )2=91.84%

(2)由空氣進入鍍膜後再進入玻璃

穿透率=[ 4×1.0×1.5 / ( 1+1.5 )2] × [ 4×1.5×1.8 / ( 1.5+1.8 )2]=95.2%

可見有鍍膜的玻璃會增加透光度。此外由此公式,我們可以計算光線穿透鏡片的兩面,發現即使一片完美的透鏡(折射率1.8),其透光度約為85%左右。若加上一層鍍膜(折射率1.5),則透光度可達91%。可見光學鍍膜的重要性。

鍍膜的厚度

最後我們要探討的是鍍膜厚度的不同,會有什麼影響?我們已經知道透光度與鍍膜的折射率有關,但是卻無關于它的厚度。可是我們若能在鍍膜的厚度上下點功夫,會發現反射光A與反射光B相差 nc×2D 的光程差。如果

nc×2D=(N+ 1/2)λ 其中 N= 0,1,2,3,4,5..... λ為光在空氣中的波長

則會造成該特定波長的反射光有相消的效應,因此反射光的顏色會改變。

 

例如,鍍膜的厚度若造成綠色光的相消,則反射光會呈現紅色的。市面上許多看似紅色鏡片的望遠鏡都是用這個原理制作的。盡管如此,透射光卻沒有偏紅的現象。

在許多復雜的光學系統里,反射光的抑制是十分重要的功課。因此一組鏡片之間,會利用不同的鍍膜厚度來消去不同頻率的反射光。所以越高級的光學系統,發現反射光的顏色也會越多。

 


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[1]
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