Просветление оптики

[Gleb1964]

А классическая физика?

Без вопросов.
В классической физике рассматриваются электромагнитные волны и никаких проблем с рассмотрением процесса их распространения не возникает. Фотоны нужны только в момент поглощения порции электромагнитной волны, фотон это щелчок на детекторе.

С увеличением толщины покрытия увеличивается разность хода между интерферирующими пучками, отраженными от первой и второй границ раздела. Интерферирующие цуги волн имеют конечную длину, длину когерентности, связанную с временем когерентности. Для обычного света от термальных источников этот предел порядка 2..3 метров. Пучки с разностью хода больше длины когерентности уже не интерферируют. Если разность хода короче длины когерентности, то, в общем случае, имеется частичная когерентность, цуги волн накладываются со сдвигом, интерференция есть только на конечном участке, где цуги волн перекрывают друг друга. Т.е. с увеличением разности хода в покрытии его эффективность будет постепенно падать, но для тонких покрытий в толщиной в доли длины волны вопросы частичной когерентности несущественны. А вот если взять интерференцию в интерферометре с достаточно большой разностью хода, то там это будет существенным фактором.
Как видите, я спокойно порассуждал о предмете не углубляясь в квантовый мир. Чтобы туда слишком углубляться, нужны достаточные знания, а я в квантовой физике не специалист. Но с работой покрытия нет необходимости лезть туда, есть куча учебников по оптике, где работа покрытий и интерференция в тонких пленках успешно рассматриваются на уровне классических электромагнитных волн. 

[Андрей Лёвин]

  "Классическое" объяснение работы просветляющих покрытий (то, которое применяется в Википедиях и прочих популяризационных источниках) требует серьёзного пересмотра. С целью устранения конфликта между тем, кого мы видим в клетке, и тем, что написано на табличке... 

[diant]

В классической физике рассматриваются электромагнитные волны и никаких проблем с рассмотрением процесса их распространения не возникает. Фотоны нужны только в момент поглощения порции электромагнитной волны, фотон это щелчок на детекторе.

Глеб, я конечно понимаю и даже разделяю вашу любовь к классической волновой физике, но насколько мне известно, с таким представлением как "Фотоны нужны только в момент поглощения порции электромагнитной волны..." распрощались уже сто лет назад, когда было открыто комптоновское рассеяние. Фотоны живут и в полете чудесно проявляют себя как частицы, имеющие импульс и проч. И десятки других эффектов в том же духе (даже наш любимый астрономический эффект Сюняева-Зельдовича) требуют в полете фотона, а не волны. Значит как минимум нам придется принять дуализм волна-частица, а это уже не классическое представление, насколько я понимаю. Да и вообще такой дуализм - просто откровенное признание того, что мы чего-то не понимаем. А вот КМ прекрасно объясняет все эти явления скопом, включая и просветление, которое действительно волновая теория тоже неплохо объясняет.

[Boris Green]

Ведь интенсивность светового потока можно и понизить, например до пролёта одного фотона в сутки. Просветляющее покрытие продолжает работать. А классическая физика?

Интерференция одиночных фотонов [Veritasium]
https://youtu.be/No2H8ppHs4I

[diant]

Хороший ролик, Борис, и кстати еще один пример того, где классическая волновая оптика обнаруживает свою ограниченность, тогда как КМ "справляется легко" (копирайт здесь).

[Boris Green]

Фи = 0.98 <летим дальше> + 0.2 <отражаемся обратно>

Квантовая механика 17 - Эксперимент с отложенным выбором Джона Уилера
Вторая половина видео - как раз, про вероятности и состояния.
https://youtu.be/xVblIHpcjus

[Gleb1964]

Ведь интенсивность светового потока можно и понизить, например до пролёта одного фотона в сутки. Просветляющее покрытие продолжает работать. А классическая физика?

Интерференция одиночных фотонов

О да, каждый фотон интерферирует только сам собой. Поэтому без разницы, миллиард фотонов в миллисекунду или один в год.  Поэтому классика вполне с этим справляется, используя представление цуга излучения с ограниченной длинной когерентности.
И, естественно, никто не ограничивается преподаванием только классической оптики, потому, что многие явления нельзя понять без привлечения квантовых эффектов, те же лазеры. У нас в свое время было несколько десятков различных дисциплин по оптике, в том числе связанных с квантовыми эффектами (оптические квантовые генераторы, то бишь лазеры), но я все равно не мню себя специалистом в квантовой физике, так, базовый уровень.
А конкретно по данной теме - хватает ли представлений классической оптики для понимания работы покрытий и пленок, то ответ да, хватает.

[diant]

Борис, в этом видео (про Уилера и его фокус с интерферометром М-Ц) имхо допущена существенная ошибка - эпизод 1.27-1.33 (имхо, хотя в данном случае я в ней не сомневаюсь). Но поскольку это сильно выходит за рамки темы просв. покрытий, я не буду эту свою точку зрения развивать и предлагаю на этом не останавливаться. Это все чертовски интересно, но за рамками темы.
С Глебом согласен, и о себе могу сказать, что я еще меньшей спец. в КМ, ибо в моем ВУЗе не было даже физики как предмета (может зачатки и были, но я все проиграл в футбол); если у вас базовый уровень, то у меня суббазовый.

[Pilgrim]

Возвращаясь к теме,
Кто-нибудь знает, где можно заказать кастомное просветление и интерференционный ИК-блокер?

Задача - имеем стекло, стоящее под 45° к оптической оси. Нужно чтобы в таком наклоне одна поверхность работала как ИК-блокер (отражала всё что скажем > 670нм, пропускала остальное), а на второй поверхности было качественное обычное многослойное просветление для видимого диапазона, пересчитанное с поправкой на работу в наклоне 45°.

[Игорь А. Грибко]

Кто-нибудь знает, где можно заказать кастомное просветление и интерференционный ИК-блокер?

Встречный вопрос,какой размер стекла должен быть ?

[Pilgrim]

Кто-нибудь знает, где можно заказать кастомное просветление и интерференционный ИК-блокер?

Встречный вопрос,какой размер стекла должен быть ?

Эллипс малой осью 35-40мм, не больше

[Игорь А. Грибко]

Эллипс малой осью 35-40мм, не больше

Можно попробовать сделать,но в августе.

[Pilgrim]

Эллипс малой осью 35-40мм, не больше

Можно попробовать сделать,но в августе.

Круто, как раз буду неподалёку в августе. Написал в личку.

[diant]

Немного поражен в положительном смысле стойкостью современных "защищенных" покрытий (типа hard-coating). Провожу сейчас испытания и деру с пристрастием японские hard-просветления 21 века, и они, к их чести сказать, держатся на ура и вообще не поддаются. Раньше такого положительного опыта не имел, скорее обратный, когда созерцал зацарапанную вдрызг шластину корректора на SC14 Meade ACF во дворце пионеров. Правда, я не знаю, чем ее там довели до такого состояния, может правда песком по лицу терли. А вот японские нонешние, которые сейчас деру (hoya, vivitar etc) - вызывают у меня уважение к ним и добрые чуйства. Вот как-то так.

[Игорь А. Грибко]

Удивительного в этом ничего нет,сейчас разработаны покрытия и технологии нанесения без применения фторидов,если покрытие наносится на стекло и содержит только оксиды - прочность и стойкость очень высокая,даже если покрытие наносится термическим способом.Для получения эффективных многослойных покрытий из оксидов применяется более сложный расчёт,т.к.наносятся слои не кратные Л/4,соответственно более сложен контроль толщины слоёв при напылении.Если покрытие получается с помощью магнетрона или термическим способом с ионным сопровождением,то оно ещё более плотное.Всё это относится к просветляющим покрытиям.В случае защитных покрытий наносимых на металлический слой(зеркала) всё не так просто,прочность ниже чем у просветляющих.
 Покрытия на основе фторидов применяются для лабораторного использования,в лазерной технике и там где нет атмосферного воздействия.
 В качестве оксидов применяют оксид кремния (низкий к-т преломления),оксиды титана,циркония,церия(высокий к-т преломления),оксиды алюминия и магния (средний к-т), для получения промежуточных значений к-та преломления применяется смешанное испарение,например оксида кремния и оксида циркония в одном слое.Активно применяются оксиды редкоземельных металлов,гафния,иттрия и др.
 Из фторидов применяются фториды магния,стронция,гадолиния,иттрия(низкий к-т преломления), фториды церия,лантана и др (средний к-т).

Для примера,если стекло на которое наносится просветление имеет к-т преломления выше 1,5 - есть возможность получения покрытия очень эффективного и стойкого,с применением только двух оксидов - кремния и титана(или кремния и циркония),покрытие не менее 7 слоёв,слои толщиной менее Л/4,кроме последнего.Такое покрытие я сейчас применяю в двух вариантах - болотного(широкая область просветления с двумя небольшими пиками в средней части) и классического сиреневого(достаточно широкая область просветления с большим подъёмом на краях) цвета.
 Для стёкол с низким к-м преломления (кварц,ЛК)- покрытия более сложные,основная проблема в получении верхнего слоя с к-том преломления ниже чем у кварца.Это легко решается с помощью фторидов(магния,стронция,гадолиния),но прочность падает,поэтому отработаны смешанные слои с содержанием одного из фторида и оксида кремния,который "дружит" с ним.

[diant]

Спасибо, очень интересен ваш опыт и знания. Пару раз вдумчиво прочитал ваш пост, и возникла мысль-предположение. Правильно ли я понимаю, что разработчики сложных оптических систем, например фотообъективов, никогда не ставят лёгкий крон в качестве первой и последний линзы, но предпочтут иметь его где-нибудь внутри, именно в силу нестойкости фторидов?

[Дмитрий Маколкин]

Спасибо, очень интересен ваш опыт и знания. Пару раз вдумчиво прочитал ваш пост, и возникла мысль-предположение. Правильно ли я понимаю, что разработчики сложных оптических систем, например фотообъективов, никогда не ставят лёгкий крон в качестве первой и последний линзы, но предпочтут иметь его где-нибудь внутри, именно в силу нестойкости фторидов?

Помимо этого соображения я бы выделил ещё их высокий коэффициент теплового расширения, что чревато трещинами при резком охлаждении (вынесли объектив на мороз, а передняя линза взяла, да и треснула) и низкую твердость - царапаются легко.

[Игорь А. Грибко]

Правильно ли я понимаю, что разработчики сложных оптических систем, например фотообъективов, никогда не ставят лёгкий крон в качестве первой и последний линзы, но предпочтут иметь его где-нибудь внутри, именно в силу нестойкости фторидов?

Не совсем так,зачастую оптическая схема требует ,чтобы лёгкое стекло стояло впереди,приходится идти на компромисс.Раньше переднюю поверхность в этом случае не покрывали,чтобы её можно было протирать,можно покрыть оксидными покрытиями ,но с "увеличенным" к-ом отражения(примерно на 30% относительно фторидного),есть ещё вариант - верхний слой сэндвич из трёх слоёв,нижний - оксид кремния толщиной 1/16Л,средний -фторид магния или стронция толщиной 1/8Л,и верхний опять оксид кремния толщиной 1/8Л.В сумме получается 1/4Л и к-т преломления около 1,41-1,42,что годится даже для просветления кварца(в случае многослойного покрытия). Для качественной реализации такого покрытия требуется применение магнетронов или ионного сопровождения,т.к. надо получить слои с минимальным количеством пор,иначе кислотостойкость будет не на высоте. В качестве фторидного слоя в сэндвиче сейчас применяют ещё фториды гадолиния и гольмия,но это дороже.

[Balyunov]

Вопрос мучает до сих пор!
Как заметили frz333 и Андрей Лёвин, модель из учебников и всяких Википедий - неверная.
Она вводит в заблуждение осознанно.
По той модели часть света отразилась от поверхностей (т.е. основная часть света потеряла энергию).
Это рассматривается как произошедшее событие.
В таком случае, какая разница, как были уничтожены эти отразившиеся фотоны?
Можно интерференцией, можно поглощением (в тепло) на чернении (как на торцах линз).

По этой кривой модели получается, что просветление якобы только гасит паразитный блик, но не повышает светопропускание.
А, в реальности, светопропускание увеличивается, паразитный блик уменьшается, не гасится (не поглощается), а "перекачивается" в основной поток.
В той модели механизм "перекачки" не объяснен, зато даны сбивающие с толку предпосылки.

Кто-то писал про закон сохранения энергии-массы. Мол, преобразования в тепло не происходит, значит, энергия взаимо-уничтоженных фотонов перешла в основной поток. Тут тоже пост-фактум, беглецы сбежали (событие произошло), беглецов уничтожили, энергию вернули неизвестным способом.

На пальцах как у Андрея Лёвина: потенциальные беглецы не предпринимают попыток и со всем потоком проходят. Вот тут взрыв мозга! В какой момент беглецы отказываются от побега? Или, все-таки, совершают его?
Тут 2 выгоды:
1. светопропускание выросло
2. паразитные блики уменьшились

 Если рассматривать ход лучей как на картинке, вопросы не возникнут

[diant]

Не совсем так,зачастую оптическая схема требует ,чтобы лёгкое стекло стояло впереди,приходится идти на компромисс.Раньше переднюю поверхность в этом случае не покрывали,чтобы её можно было протирать,можно покрыть оксидными покрытиями ,но с "увеличенным" к-ом отражения(примерно на 30% относительно фторидного),есть ещё вариант - верхний слой сэндвич из трёх слоёв,нижний - оксид кремния толщиной 1/16Л,средний -фторид магния или стронция толщиной 1/8Л,и верхний опять оксид кремния толщиной 1/8Л.В сумме получается 1/4Л и к-т преломления около 1,41-1,42,что годится даже для просветления кварца(в случае многослойного покрытия). Для качественной реализации такого покрытия требуется применение магнетронов или ионного сопровождения,т.к. надо получить слои с минимальным количеством пор,иначе кислотостойкость будет не на высоте. В качестве фторидного слоя в сэндвиче сейчас применяют ещё фториды гадолиния и гольмия,но это дороже.

Ригель, понял, спасибо. Еще вопрос: какой круг субстанций используете вы, кроме уже названных окисей кремния, титана и циркония, и какой степени чистоты вы их покупаете? И вообще, какая степень чистоты субстанций нужна для нанесения покрытий?
Я сам напылять даже не планирую, спрашиваю, чтобы представлять в принципе.