Powłoka optyczna

Powłoka optyczna

Powłoka optyczna to cienka warstwa lub warstwy materiału osadzone na elemencie optycznym, takim jak soczewka lub lustro, które zmieniają sposób, w jaki element optyczny odbija i przepuszcza światło.Jednym z rodzajów powłok optycznych jest powłoka antyrefleksyjna, która redukuje niepożądane odbicia od powierzchni, powszechnie stosowana w okularach i obiektywach aparatów.Innym rodzajem jest powłoka silnie odbijająca światło, z której można wytwarzać lustra odbijające ponad 99,99% światła.Bardziej złożone powłoki optyczne wykazujące wyższy współczynnik odbicia przy pewnych długościach fal i antyrefleksję przy dłuższych zakresach umożliwiają wytwarzanie dichroicznych filtrów cienkowarstwowych.

Rodzaj powłoki

Krzywe odbicia w funkcji długości fali przy normalnym padaniu dla aluminiowych (Al), srebrnych (Ag) i złotych (Au) metalowych luster

Najprostsze powłoki optyczne to cienkie warstwy metalu, takie jak aluminium, które są osadzane na szklanym podłożu w celu utworzenia powierzchni szkła w procesie zwanym srebrzeniem.Zastosowany metal określa właściwości odblaskowe lustra;aluminium jest najtańszą i najpowszechniejszą powłoką, dającą około 88–92% współczynnika odbicia w zakresie widzialnym.Droższe jest srebro, które ma współczynnik odbicia 95–99% nawet w dalekiej podczerwieni, ale ma zmniejszony współczynnik odbicia (<90%) w obszarach widma niebieskiego i ultrafioletowego.Najdroższe jest złoto, czyli pełna podczerwień.Oferuje doskonały współczynnik odbicia (98%–99%), ale ograniczony współczynnik odbicia przy długości fali mniejszej niż 550 nm, co daje charakterystyczny złoty kolor.

Kontrolując grubość i gęstość powłoki metalowej, współczynnik odbicia można zmniejszyć, a transmitancję powierzchni zwiększyć, w wyniku czego lustro jest półsrebrne.Są one czasami używane jako „lustra weneckie”.

Innym ważnym rodzajem powłoki optycznej jest powłoka dielektryczna (to znaczy zastosowanie materiałów o różnych współczynnikach załamania światła jako podłoża).Składają się z cienkich warstw materiałów, takich jak fluorek magnezu, fluorek wapnia i różne tlenki metali, które osadzają się na podłożach optycznych.Dzięki starannemu doborowi dokładnego składu, grubości i liczby tych warstw, współczynnik odbicia i przepuszczalność powłoki można dostosować, aby uzyskać praktycznie dowolne pożądane właściwości.Współczynnik odbicia powierzchni można zmniejszyć poniżej 0,2%, co daje powłokę antyrefleksyjną (AR).W przeciwieństwie do powłok o wysokim współczynniku odbicia (HR), współczynnik odbicia można zwiększyć do ponad 99,99%.Poziom współczynnika odbicia można również dostosować do określonej wartości, na przykład w celu wytworzenia lustra, które odbija 90% w określonych zakresach długości fal i przepuszcza 10% padającego na nie światła.Takie lustra są powszechnie stosowane jako sprzęgacze wyjściowe w rozdzielaczach wiązki i laserach.Alternatywnie powłokę można zaprojektować tak, aby lustro odbijało tylko wąskie pasmo długości fal, tworząc filtr optyczny.

Wszechstronność powłok dielektrycznych doprowadziła do ich zastosowania w wielu naukowych instrumentach optycznych, takich jak lasery, mikroskopy optyczne, teleskopy refrakcyjne i interferometry, a także w urządzeniach konsumenckich, takich jak lornetki, okulary i soczewki fotograficzne.

Warstwy dielektryczne są czasami nakładane na folie metalowe w celu zapewnienia warstwy ochronnej (takiej jak dwutlenek krzemu na aluminium) lub w celu zwiększenia współczynnika odbicia folii metalowej.Kombinacje metali i dielektryków są również wykorzystywane do tworzenia zaawansowanych powłok, których nie można wytworzyć w żaden inny sposób.Przykładem jest tak zwane „doskonałe lustro”, które wykazuje wysokie (ale niedoskonałe) odbicie przy niezwykle niskiej czułości na długość fali, kąt i polaryzację.