墨镜的光学原理

1、墨镜的光学原理众所周知，强烈的阳光中含有大量的紫外线和红外线，可能损伤眼睛的 角膜、品状体，甚至眼底，戴一副墨镜，可以遮挡或吸收一部分 光线，减 少对眼睛的刺激。近几年来，由于大家对健康的重视，许多人在炎热的夏 季外出时，都喜欢戴上墨镜，以减少阳光的刺激，有人也喜欢把它当作装 饰墨镜的种类很多。可见光：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。它是对人眼能起视觉作用的 光波。人眼对不同波长的光有不同的色觉，紫光波最短，红光波最长。其中紫外线 中波长为320400nm 的是UVA，280320为UVB，280nm 以下为UVC。对人类影响最大的是UVA和UVB。如果长时间曝晒会造成身体的损坏， UVB是对视力

2、有着严重影响的，大部分眼角会吸收此种 UVB光线，它对人体 眼睛的损伤是积累下来的，会造成白内障等疾病。我国西藏地区由于地久 高原，紫外线照射强烈，患白内障病率非常高。所以要尽力能阻绝掉此种 光源。而戴上墨镜后，我们能有效的防止有害的紫外线损伤眼睛。以下是几 种墨镜的护眼方式：吸收式：吸收式太阳镜是在镜片材料中加上某些金属氧化物，这种镜片就可 以有选择地把某些有害光滤除掉；(2)偏振式：偏振式镜片是利用百叶窗的原理，只允许对人眼不会造成伤害的 垂直光线通过，而将令人刺眼的其他光线偏振掉；偏振太阳镜里有块竖偏振片， 用来滤掉横偏振光想象你手里有一根绳子，绳子另一头穿过一片竖篱笆栏拴在树 上。如果

3、你上下晃动绳子，绳子上的波可以顺利传播到树上，篱笆像“透明”的 一样；而如果你左右晃动绳子，绳子就会撞到篱笆的竹子，波也就只能传播到篱 笆为止。这两种波，我们分别称作竖偏振波和横偏振波，描述的是绳子的振动方 向。光是一种电磁波，也有类似的性质，而这个篱笆所对应的，就是一种叫做偏 振片的东西。竖偏振光可以顺利通过竖偏振片，而横偏振光则不行；如果把这个 竖偏振片转90度成为横偏振片，则情况会反过来。大部分自然光，比如阳光，是非偏振光，也就是说没有一个特定的偏振方向， 经过任意角度的偏振片之后都会损失掉一半的光。而自然光在水面反射之后，则 会大部分变成横偏振光。如果透过一个竖偏振片去看波光粼粼的水面

4、，则会发现 波光几乎完全消失。同样的在玻璃上反射的光线也会有类似的性质，摄影时转动 镜头前的偏振片，可以用来强调玻璃上反射的景物，或者强调透过玻璃看到的景 物。偏振太阳镜，基本就是墨镜+竖偏振片。因为地面和前车玻璃反射的阳光 基本是横偏振，几乎都被偏振太阳镜滤掉，所以通常推荐在开车的时候使用这类 墨镜。（3）反射式：反射式镜片是根据光线反射性能而在镜面镀膜，将有害光线反射 出去，保护眼球不受伤害。在介质表面镀一层增透膜，设空气、薄膜、介质的折射率分别为n1、n、n2，薄膜厚度为d， 如下图所示：在入射角很小的情况下，空气与薄膜之间的反射率为薄膜与介质之间的反射率为如果把入射光线的强度仍设为1，

5、光线是入射光线经过空气与薄膜的界面一次反射形 成的，则其强度为巧；光线入射光线经过空气与薄膜的界面两次折射和薄膜与介质的界 面一次反射而形成的，其强度为dJ冉；光线是入射光线经过空气与薄膜的界面两 次折射、一次反射和薄膜与介质的界面两次反射而形成的，其强度为岫。如 果如=1、招1 = 1*、招1 = 1.8,则光线的强度为。21，光线的强度为。.翊，光线 的强度为0 0000088,此光束以后反射到空气中的强度将更小。由此可见，返回空气中 的光线主要是和，而其它的光线强度非常小可以略去不计。那么，只要光线和满足 振幅相等，正好反相时，则相互抵消，整个系统的反射光能量接近零。根据增透膜增透过程

6、中能量守恒，透射过去的光能量得到了增强，几乎使全部光透射过去。通过上面的分析我们知道，只要使光线和的振幅相等，并且正好反相，这层薄膜就起到了理想的增透作用。欲使光线和振幅相等，即强度相等，贝0.由2于】非常小，de非常接近1，所以，只要um就可以实现1和2振幅相等。又因所以和振幅相等的条件是：化简上式，薄膜的折射率应满足 = 应。一般空气折射率为1，”为玻璃折射 率为1.5，则增透膜的折射率为Jl l = 1.23,所以人们选择增透膜的折射率应等于1. 23 或接近它。另外，要使光线和正好反相，对薄膜的厚度有一定的要求。当光从光疏介质 射向光密介质时，反射光有半波损失。对于玻璃上的增透膜，其折

7、射率大小介于玻璃和空气 的折射率之间，所以，当光从空气透过薄膜射向玻璃时，光线在空气与薄膜的交界面反射 时有半波损失，光线在薄膜与介质的交界面反射时也有半波损失。所以，当光从空气透过 介质薄膜垂直射入玻璃时，光线和要干涉相消，只要光线和光线的光程相差半个波。d =（2 北+ 1）已则让薄膜厚度4 （k为自然数，刀为光在薄膜中波长），这样光线经薄膜传2d=+ 又二止+上月播一个来回比光线多行42 ，因为光是波，具有周期性，所以不管k为哪个自然数，光线与光线的光程只要相差半个波长，就能达到目的。在这里还 要强调光从光疏介质射向光密介质时，反射光有半波损失。而当n1nn2时，这样光线和 返回空气中时都经历了一次半波损失，相互抵消，可以不考虑半波损失。下面总结光线 和的干涉情况与膜的厚度关系为：& 说:又 干涉相长干涉相消其中k为自然数，”为光在薄膜中的波长。W 二（2t+l）L 又因此，当膜的厚度4 ，则光线和重合时，出现干涉相消，从而减弱反射光的强度，增加透射光的强度，起到增透的作用。当然，要满足光线和的重合，必须 要求光线垂直入射，所以，增透膜在光线垂直入射时效果最好，入射角很小时增透膜也有一 定的增透作用，