Nguyên lý hoạt động của bộ lọc sóng dài thực sự dựa trên hiệu ứng giao thoa của màng môi trường nhiều lớp, cơ chế cốt lõi của nó là thông qua thiết kế chính xác của màng môi trường nhiều lớp, sử dụng sự phản xạ và giao thoa của sóng ánh sáng giữa các lớp màng, để đạt được một phạm vi bước sóng cụ thể của truyền chọn lọc ánh sáng, đồng thời phản xạ hoặc hấp thụ các bước sóng khác của ánh sáng. Sau đây là mô tả chi tiết về nguyên tắc cụ thể và phương thức thực hiện:

I. Cơ sở vật lý của hiệu ứng giao thoa của bộ lọc sóng dài:

1. Điều kiện giao thoa của sóng ánh sáng

Khi sóng ánh sáng truyền qua màng môi trường nhiều lớp, phản xạ và truyền xảy ra ở giao diện màng của các chỉ số khúc xạ khác nhau. Do sự hiện diện của sự khác biệt quang phổ, giao thoa pha dài (tăng cường) hoặc giao thoa tiêu cực (suy yếu) được tạo ra giữa các sóng ánh sáng phản xạ. Bộ lọc truyền hiệu quả cao bằng cách kiểm soát độ dày và chỉ số khúc xạ của lớp màng để ánh sáng có bước sóng cụ thể (sóng dài) đáp ứng các điều kiện giao thoa pha; Trong khi đó, ánh sáng sóng ngắn được phản xạ hoặc hấp thụ bởi sự can thiệp tiêu cực.

2. Fabry Perrault * Hiệu ứng khoang liên quan

Một màng môi trường nhiều lớp có thể được coi là sự chồng chất của nhiều khoang Fabry-Perot. Mỗi khoang được cấu tạo luân phiên bởi các lớp chiết suất cao và thấp, nơi ánh sáng phản xạ nhiều lần trong khoang tạo thành giao thoa nhiều chùm. Bằng cách điều chỉnh độ dày khoang và chỉ số khúc xạ của lớp màng, phạm vi bước sóng của ánh sáng truyền qua có thể được kiểm soát chính xác để đạt được các đặc tính thông lượng sóng dài.

Thiết kế và thực hiện màng môi trường đa lớp của bộ lọc sóng dài:

1. Lựa chọn vật liệu lớp màng

Vật liệu chiết suất cao: chẳng hạn như kẽm sunfua, titan dioxide, được sử dụng để tăng cường hiệu quả phản xạ.

Vật liệu chiết suất thấp: chẳng hạn như silica, magiê florua, được sử dụng để tạo ra sự khác biệt về phạm vi ánh sáng.

Điều kiện giao thoa được xây dựng bằng cách xếp chồng xen kẽ các vật liệu chỉ số khúc xạ cao và thấp.

2. Kiểm soát độ dày lớp màng

Độ dày của mỗi lớp màng thường được thiết kế bằng 1/4 bước sóng mục tiêu (λ/4) để đảm bảo ánh sáng tạo ra sự khác biệt pha của π khi phản xạ ở giao diện của lớp màng, do đó tối ưu hóa hiệu ứng giao thoa.

3. Hiệu ứng chồng chéo của màng nhiều lớp

Bằng cách tăng số lượng lớp màng (chẳng hạn như hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm), độ sâu cắt của bộ lọc (phản xạ đối với ánh sáng sóng ngắn) và độ truyền (truyền qua ánh sáng sóng dài) có thể được cải thiện đáng kể.

Vai trò cụ thể của bộ lọc sóng dài:

1. Phân chia quang phổ

Cho phép truyền ánh sáng (sóng dài) có bước sóng lớn hơn bước sóng cắt trong khi phản xạ hoặc hấp thụ ánh sáng (sóng ngắn) có bước sóng nhỏ hơn bước sóng cắt. Ví dụ, trong kính hiển vi huỳnh quang, các bộ lọc chặn ánh sáng kích thích (sóng ngắn) và chỉ cho phép tín hiệu huỳnh quang (sóng dài) đi qua, do đó cải thiện độ tương phản của hình ảnh.

2. Chống phản xạ và thiết kế phản xạ cao

Bề mặt trước: Màng phản xạ cao được mạ hoặc kết hợp màng truyền thông nhiều lớp, phản xạ ánh sáng sóng ngắn.

Bề mặt phía sau: Màng chống phản xạ (màng AR) được mạ để giảm tổn thất phản xạ của ánh sáng sóng dài và đảm bảo truyền ánh sáng sóng dài hiệu quả cao.

3. Tối ưu hóa khả năng thích ứng môi trường

Giảm ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm đối với hiệu suất của bộ lọc bằng cách đóng gói kín và lựa chọn vật liệu màng (chẳng hạn như vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt thấp), đảm bảo sự ổn định của nó trong môi trường khắc nghiệt.