Optikai alapok
Mi történik, ha a fény az anyag felületére érkezik?
A lézerfény egy része reflektálódik, egy része pedig behatol az anyagba és kölcsönhatásba lép az anyag részecskéivel. Egy része rugalmasan, illetve rugalmatlanul szóródik, míg a másik része elnyelődik és gerjesztett állapotokat hoz létre. Ezek a gerjesztett állapotok azután foton kibocsátásával újra alapállapotba kerülnek.
A vékonyrétegek optikai tárgyalásához először az alapfogalmak áttekintése szükséges.
Ha a fénysugár két, optikailag különböző közeg határfelületére esik, egy része visszaverődik, a másik része pedig behatol a közegbe, megtörik. Igazak rá a már jól ismert törvények.
A fény törését és visszaverődését szemlélteti a következő interaktív szimuláció.*
*http://phet.colorado.edu/en/simulation/bending-light
| Click to Run |
A vékonyrétegen (amelynek a vastagsága összemérhető a fény hullámhosszával) a teljes fénysugár áthalad. A fénysugár a rétegek határfelületein részben visszaverődik, részben áthalad. Interferencia mind a visszavert, mind a megtört fénysugarak között lehetséges.
A fényhullámok interferenciáját és diffrakcióját szemlélteti a következő interaktív szimuláció. *
*http://phet.colorado.edu/en/simulation/wave-interference
| Click to Run |
Tekintsünk egy d vastagságú lemez két határfelületéről visszavert egy-egy fénysugár interferenciáját. Legegyszerűbb esetben, amikor a fény merőlegesen esik be, a két visszavert fénysugár közötti útkülönbség: ∆s = 2nd A legnagyobb erősítést akkor érjük el, ha ez az útkülönbség a hullámhossz egész számú többszöröse: ∆s = mλ.
Két koherens fénysugár interferenciája maximumot, illetve minimumot eredményez aszerint, hogy a Δ optikai útkülönbség a λ-nak egész, illetve fél számú többszöröse.
Ha egy optikai felületre a fény hullámhosszának nagyságrendjébe eső dielektrikum réteget viszünk fel, optikai vékonyréteget kapunk. Az ilyen rétegek igen figyelemre méltó tulajdonságokkal rendelkeznek. A törésmutató és a vastagság alkalmas megválasztásával pl. a tükröződést egy bizonyos hullámhosszra szinte teljesen kiküszöbölhetjük. Több réteg felvitelével pedig a legjobb minőségű tükrük állíthatók elő.
Vékonyrétegek esetén a visszavert és a transzmittált nyaláb komplex amplitúdójának párhuzamos illetve merőleges komponensei felírhatók a következő összefüggésekkel.
A beesési szög és a törésmutató alkalmas megválasztásával gyakorlatilag hangolhatjuk a vékonyréteg reflexiós és transzmissziós tulajdonságait egy adott hullámhosszra nézve.