thumb|Supresíón de reflejos en lentes o gafas; superior sin tratamiento antirreflejante, inferior con tratamiento antirreflejante. Bajo supresión de reflejos de una superficie de la lente se entiende el tratamiento de materiales transparentes efectuado para eliminar la reflexión en la superficie, de modo que sea mínima, por ello también se le conoce en óptica como tratamiento antirreflejante.
Ventajas Las ventajas al disminuir al máximo los reflejos, las gafas o lentes antirreflejantes, eliminan la visión con imágenes doble, evitan deslumbramientos e incrementan el contraste. Con ello, el usuario gana en comodidad, puede disfrutar de una visión más relajada y más limpia, disminuyendo la fatiga ocular.
Procedimientos Para obtener el tratamiento antirreflejante de vidrios se pueden emplear diferentes procesos:
Efecto de ojos de polilla:http://www.uni-leipzig.de/~iom/muehlleithen/2005/kaless_2005.pdf Debido a la estructuración de las superficies con configuraciones que son pequeñas a la longitud de onda de la luz se disminuye la reflexión
Supresión de la reflexión: Este tratamiento consiste en aplicar sobre la superficie de la lente una capa de un material transparente cuyo índice de refracción tiene un valor intermedio entre el del aire y el del vidrio de la lente, y cuyo espesor es de 0,25 de la longitud de onda del componente de la luz cuya reflexión se quiere reducir. En estas condiciones, la luz incidente de esta frecuencia pasa toda al vidrio, porque las dos reflexiones que sufre (una en la superficie aire-recubrimiento y otra en la superficie recubrimiento-vidrio) están en oposición de fase y se interfieren cancelándose mutuamente.http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Ondasbachillerato/Interferencias/InterferenciaTeoria.html INTERFERENCIA DE ONDAS PRODUCIDAS POR DOS FUENTES QUE EMITEN ONDAS DE IGUAL FRECUENCIA
Índice de refracción – Promedio: se aplica una capa delgada sobre el sustrato de vidrio, la que se selecciona con un índice de refracción que idealmente no refleja ninguna luz.
Teoría
Hay dos causas separadas de efectos ópticos debido a los recubrimientos, a menudo llamados efectos de película gruesa y de película delgada. Los efectos de película gruesa surgen debido a la diferencia en el índice de refracción entre las capas por encima y por debajo del revestimiento (o película); en el caso más simple, estas tres capas son el aire, el revestimiento y el vidrio. Los recubrimientos de película gruesa no dependen del grosor del recubrimiento, siempre que el recubrimiento sea mucho más grueso que una longitud de onda de luz. Los efectos de película delgada surgen cuando el grosor del recubrimiento es aproximadamente el mismo que un cuarto o la mitad de una longitud de onda de luz. En este caso, los reflejos de una fuente de luz constante se pueden hacer para agregar destructivamentey por lo tanto reducir los reflejos mediante un mecanismo separado. Además de depender mucho del grosor de la película y la longitud de onda de la luz, los recubrimientos de película delgada dependen del ángulo en el que la luz incide en la superficie recubierta.
Reflexión Siempre que un rayo de luz se mueve de un medio a otro (por ejemplo, cuando la luz entra en un trozo de vidrio después de viajar a través del aire), una parte de la luz se refleja desde la superficie (conocida como interfaz) entre los dos medios. Esto se puede observar al mirar a través de una ventana, por ejemplo, donde se puede ver un reflejo (débil) de las superficies frontal y posterior del vidrio de la ventana. La fuerza de la reflexión depende de la relación de los índices de refracción de los dos medios, así como del ángulo de la superficie al haz de luz. El valor exacto se puede calcular utilizando las ecuaciones de Fresnel.
Cuando la luz se encuentra con la interfaz a incidencia normal (perpendicularmente a la superficie), la intensidad de la luz reflejada viene dada por el coeficiente de reflexión , o reflectancia , R :
donde n0 y nS son los índices de refracción del primer y segundo medio respectivamente. El valor de R varía de 0 (sin reflexión) a 1 (toda la luz reflejada) y generalmente se expresa como un porcentaje. Complementario a R es el coeficiente de transmisión, o transmitancia, T. Si no se consideran la absorción y la dispersión, entonces el valor T es siempre 1 - R. Así, si un rayo de luz con intensidad I incide sobre la superficie, un rayo de intensidad RI se refleja, y un rayo con intensidad TI se transmite al medio.
Para el caso simplificado de luz visible viajando desde el aire ( n0 ≈ 1.0) al vidrio común ( nS ≈ 1.5 ), el valor de R es 0.04, o 4%, en una sola reflexión. Entonces, como máximo, el 96% de la luz ( T = 1 - R = 0,96 ) realmente ingresa al vidrio y el resto se refleja desde la superficie. La cantidad de luz reflejada se conoce como pérdida por reflexión.
En el escenario más complicado de múltiples reflejos, digamos con la luz que viaja a través de una ventana, la luz se refleja tanto cuando se pasa del aire al vidrio como en el otro lado de la ventana cuando se pasa del vidrio al aire. El tamaño de la pérdida es el mismo en ambos casos. La luz también puede rebotar de una superficie a otra varias veces, reflejándose parcialmente y transmitiéndose parcialmente cada vez que lo hace. En total, el coeficiente de reflexión combinado viene dado por 2 R / (1 + R ) . Para el vidrio en el aire, esto es aproximadamente el 7,7%.
Película de Rayleigh Como observó Lord Rayleigh, una película delgada (como el deslustre) en la superficie del vidrio puede reducir la reflectividad. Este efecto puede explicarse imaginando una fina capa de material con índice de refracción n1 entre el aire (índice n0 ) y el vidrio (índice nS ). El rayo de luz ahora se refleja dos veces: una desde la superficie entre el aire y la capa delgada, y una vez desde la interfaz capa-vidrio.
A partir de la ecuación anterior y los índices de refracción conocidos, se pueden calcular las reflectividades para ambas interfaces, denominadas R01 y R1S respectivamente. La transmisión en cada interfaz es, por tanto, T01 = 1 - R01 y T1S = 1 - R1S. La transmitancia total en el vidrio es, por tanto, T1ST01. Calcular este valor para varios valores de n1, se puede encontrar que a un valor particular de índice de refracción óptimo de la capa, la transmitancia de ambas interfaces es igual, y esto corresponde a la transmitancia total máxima en el vidrio.
Este valor óptimo viene dado por la media geométrica de los dos índices circundantes:
Para el ejemplo del vidrio ( nS ≈ 1,5 ) en el aire ( n0 ≈ 1,0 ), este índice de refracción óptimo es n1 ≈ 1,225.
La pérdida de reflexión de cada interfaz es de aproximadamente el 1,0% (con una pérdida combinada del 2,0%) y una transmisión total T1S T01 de aproximadamente el 98%. Por lo tanto, un recubrimiento intermedio entre el aire y el vidrio puede reducir a la mitad la pérdida por reflexión.
Recubrimientos de interferencia El uso de una capa intermedia para formar un revestimiento antirreflectante puede considerarse análogo a la técnica de adaptación de impedancia de señales eléctricas. (Un método similar se usa en la investigación de fibra óptica, donde a veces se usa un aceite de igualación de índice para vencer temporalmente la reflexión interna total de modo que la luz pueda acoplarse dentro o fuera de una fibra). el proceso a varias capas de material, mezclando gradualmente el índice de refracción de cada capa entre el índice del aire y el índice del sustrato.
Sin embargo, los recubrimientos antirreflejos prácticos se basan en una capa intermedia no solo por su reducción directa del coeficiente de reflexión, sino que también utilizan el efecto de interferencia de una capa delgada. Suponga que el grosor de la capa se controla con precisión, de modo que es exactamente un cuarto de la longitud de onda de la luz en la capa ( λ / 4 = λ0/(4 n1 ), donde λ0 es la longitud de onda del vacío). La capa se denomina revestimiento de cuarto de onda. Para este tipo de revestimiento, un rayo normalmente incidente I, cuando se refleja desde la segunda interfaz, viajará exactamente la mitad de su propia longitud de onda más lejos que el haz reflejado desde la primera superficie, lo que provocará una interferencia destructiva. Esto también es cierto para capas de recubrimiento más gruesas (3λ / 4, 5λ / 4, etc.), sin embargo, el rendimiento antirreflectante es peor en este caso debido a la mayor dependencia de la reflectancia en la longitud de onda y el ángulo de incidencia.
Si las intensidades de los dos haces R1 y R2 son exactamente iguales, interferirán destructivamente y se cancelarán entre sí, ya que están exactamente desfasados. Por lo tanto, no hay una reflexión de la superficie, y toda la energía del haz debe estar en el rayo transmitido, T. En el cálculo de la reflexión de una pila de capas, se puede utilizar el método de matriz de transferencia.
Los revestimientos reales no alcanzan un rendimiento perfecto, aunque son capaces de reducir el coeficiente de reflexión de una superficie a menos del 0,1%. Además, la capa tendrá el grosor ideal para una sola longitud de onda de la luz. Otras dificultades son encontrar materiales adecuados para su uso en vidrio ordinario, ya que pocas sustancias útiles tienen el índice de refracción necesario (n ≈ 1,225) que hará que ambos rayos reflejados sean exactamente iguales en intensidad. A menudo se utiliza el fluoruro de magnesio (MgF2), ya que es resistente y puede aplicarse fácilmente a los sustratos mediante deposición física de vapor, aunque su índice es más alto de lo deseable (n = 1,38).
Es posible reducir aún más el índice utilizando múltiples capas de revestimiento, diseñadas de tal manera que las reflexiones de las superficies sufran la máxima interferencia destructiva. Una forma de hacerlo es añadir una segunda capa de un cuarto de onda de espesor de mayor índice entre la capa de bajo índice y el sustrato. La reflexión de las tres interfaces produce interferencia destructiva y antirreflexión. Otras técnicas utilizan espesores variables de los revestimientos. Utilizando dos o más capas, cada una de ellas de un material elegido para dar la mejor coincidencia posible del índice de refracción y la dispersión deseados, suelen conseguirse revestimientos antirreflectantes de banda ancha que cubren la gama visible (400-700 nm) con reflectividades máximas inferiores al 0,5%.
Interferencia en un revestimiento antirreflectante de cuarto de onda Los recubrimientos reales no alcanzan un rendimiento perfecto, aunque son capaces de reducir el coeficiente de reflexión superficial a menos del 0,1%. Además, la capa tendrá el grosor ideal para una sola longitud de onda de luz distinta. Otras dificultades incluyen encontrar materiales adecuados para su uso en vidrio ordinario, ya que pocas sustancias útiles tienen el índice de refracción requerido ( n ≈ 1,23 ) que hará que ambos rayos reflejados tengan exactamente la misma intensidad. El fluoruro de magnesio (MgF 2 ) se utiliza a menudo, ya que es resistente y se puede aplicar fácilmente a los sustratos mediante deposición física de vapor , aunque su índice es más alto de lo deseable ( n = 1,38 ).