Антирефлексиони слојеви

С Википедије, слободне енциклопедије
Сочива за наочаре без премаза (горе) у односу на сочива са антирефлексним премазом. Обратите пажњу на затамњену рефлексију са обложеног сочива.

Антирефлексиони слојеви (АР слојеви) се наносе на површину сочива и других оптичких елемената да би се рефлексија што више умањила, и тако повећала њихова пропустљивост. Открио их је немачки физичар Александер Смакула 1935. године и били су немачка војна тајна све до почетка Другог светског рата. Без употребе АР слојева, рефлексија се може умањити на два начина: ако су индекси преламања две средине једнаки (тада не долази ни до рефракције), или ако је прелаз између средина постепен.

Типови[уреди | уреди извор]

Слагање индекса преламања[уреди | уреди извор]

Ово је најједноставнија форма АР слојева коју је открио лорд Рејли у 19. веку. Приметио је да стакло на чијој се површини временом ствара тамнији талог пропушта више светлости од новог, чистог стакла. Ово се објашњава тиме што је гранична површина ваздух-стакло сада замењена са две: талог-стакло и талог-ваздух. Индекс преламања талога је између индекса ваздуха и стакла. Како је по Френеловим једначинама проценат одбијене светлости пропорционалан квадрату разлике индекса преламања, следи да је укупна рефлексија са потамнелим слојем мања него рефлексија код чистог стакла.

Апсорпциони слојеви[уреди | уреди извор]

Апсорпциони АР слојеви користе се када није неопходна велика пропустљивост, али је битно умањити рефлексију. Са малим бројем слојева рефлексија се ефикасно смањује, а јефтинији су и једноставнији за наношење од неупијајућих слојева. Најчешће се користе титанијум нитрид (TiN) и ниобијум нитрид (NbN).

Интерферентни слојеви[уреди | уреди извор]

Једнослојни премази[уреди | уреди извор]

Код једнослојних премаза на стакло се наноси само један слој, и то најчешће магнезијум-флуорида (MgF2), који има индекс преламања 1.38. Његова употреба смањује рефлексију са 4% код чистог стакла на свега 1%. Користе се и код интерферентних огледала, где је уз употребу строго монохроматске светлости проценат апсорпције уместо 5-10% само 0.1%. Примену налазе и код полупропустљивих огледала, где отприлике половину светлости пропуштају, а половину рефлектују. Један од највећих недостатака једнослојних премаза је што добро функционишу само на малим деловима видљивог спектра. Тада се користе тзв. вишеслојни премази.

Вишеслојни премази[уреди | уреди извор]

Вишеслојни премази или мултислојеви могу имати и до 200 премаза са наизменично поређаним високим и ниским индексима преламања. Најчешће се за први премаз користи магнезијум-флуорид (MgF2), за други цирконијум-диоксид (ZrO2), а за трећи алуминијум-оксид (Al2O3). Друга могућност је да прелази из једног у други слој буду постепени, па се и тако смањује рефлексија.

Теорија[уреди | уреди извор]

Рефлексија[уреди | уреди извор]

Рефлексија са и без АР слоја

При сваком проласку светлости кроз сочиво део светлости се рефлектује (одбија), део се апсорбује (упија), а део трансмитује (пропушта). На апсорпцију и рефлексију се у просеку губи 4-5% снаге, с тим да су губици код апсорпције у односу на губитке код рефлексије занемарљиво мали. У општем случају, проценат губитка због рефлексије се одређује применом Френелових једначина и важи код сваког преласка из једне средине у другу са различитим индексом преламања. Проценат губитка због рефлексије се назива коефицијент рефлексије. Рачуна се по формули , где су n1 и n2 индекси преламања средина. Изражава се у процентима. Ако се узме да је А коефицијент апсорпције, а Т коефицијент трансмисије, по закону одржања енергије важи , тј. укупна количина светлости је стална. Губици који настају због рефлексије не морају да имају великог утицаја ако је реч о само једном сочиву, али код оптичких система који се састоје од више сочива (микроскопи, фото-апарати, телескопи итд.) укупни губици могу да досегну и до 50%, што значајно умањује њихову ефикасност.[1][2]

Примена интерференције[уреди | уреди извор]

Интерференција са АР слојем

Интерференција је слагање два или више таласа, при чему настаје један нови талас и прерасподељује се енергија. Може бити конструктивна и деструктивна. Код конструктивне интерференције амплитуда новог таласа добија се као збир амплитуда почетних таласа, а код деструктивне као разлика. Да би се рефлексија што више умањила, може се применити десктруктивна интерференција. Како је упадни угао зрака на сочиво према нормали мали, може се сматрати да светлосни зраци падају на сочиво под правим углом. Тада се посматра једноставнији случај интерференције, када утицаја имају само дебљина премаза и индекс преламања слоја. Да би интерференција била највећа могућа, два рефлектована таласа треба да буду супротних фаза, тј. да њихова фазна разлика буде рад. Још је потребно да њихове амплитуде буду једнаке. Из услова фазне разлике добија се да би дебљина слоја д требало да буде , али пошто зрак прелази два пута дебљину слоја d, износи , где је д дебљина слоја, а таласна дужина. Ако се по Френеловим једначинама напише једнакост амплитуда, добија се да би требало да важи . У идеалним условима, слој и стакло су потпуно провидни, тако да нема губитака и рефлексија је елиминисана.

Примене АР слојева[уреди | уреди извор]

Антирефлексни премази се често користе у сочивима фотоапарата, дајући елементима сочива карактеристичне боје.

Антирефлексни премази се користе у широком спектру апликација где светлост пролази кроз оптичку површину, а пожељан је мали губитак или ниска рефлексија. Примери укључују премазе против одсјаја на корективним сочивима и елементима сочива камере и антирефлексне премазе на соларним ћелијама.[3]

Природни АР слојеви[уреди | уреди извор]

Природни АР слојеви јављају се као наноструктуре на очима неких инсеката, нпр. мољаца или лептирица. То су избочине високе 200нм и широке 300нм, постављене на шестоугаону основу. Ове избочине су мање од таласних дужина видљиве светлости, па се не детектују као промена средине, већ као постепен прелаз, а тада је рефлексија умањена. Због тога инсекти боље виде у мраку, а пошто нема одблеска грабљивице их слабије виде, што је форма биомимикрије-стапања са околином.

Корективна стакла[уреди | уреди извор]

АР слојеви се највише користе код наочара и сочива за вид. Смањењем рефлексије постиже се неколико ствари. Пошто је смањен одблесак од стакла, оно естетски лепше изгледа, али, што је много важније, код ноћне вожње или дугог рада за рачунаром очи се мање умарају. Пропуштањем више светлости повећава се и контраст, а тиме и оштрина вида. Већина корективних стакала има и додатни премаз на коме се не задржавају вода и масноће. АР слојеви су нарочито погодни за стакла са високим индексом преламања, пошто она без премаза пропуштају више светлости него она са малим индексом. Исто тако, лакше је и јефтиније премазивати стакла која већ имају висок индекс преламања.[4]

Камуфлажа[уреди | уреди извор]

У Другом светском рату Немци су покушали да употребе АР слојеве да се њихове подморнице не би виделе на непријатељском радару. Користили би апсорпционе слојеве који би упијали микроталасе одређених таласних дужина, али ова теорија у пракси никада није заживела јер је била суштински непрактична.

Фотолитографија[уреди | уреди извор]

Антирефлективни премази (АРЦ) се често користе у микроелектронској фотолитографији како би се смањила изобличења слике повезана са рефлексијама од површине подлоге. Различити типови антирефлексних премаза се наносе пре (Боттом АРЦ, или БАРЦ) или после фоторезиста, и помажу у смањењу стојећих таласа, интерференције танког филма и спекуларне рефлексије.[5][6]

Соларне ћелије[уреди | уреди извор]

Соларне ћелије су често обложене антирефлексним премазом. Материјали који су коришћени укључују магнезијум флуорид, силицијум нитрид, силицијум диоксид, титанијум диоксид и алуминијум оксид.[7][8]

Види још[уреди | уреди извор]

Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ Крепелка, Ј. (1992). „Маxималлy флат антирефлецтион цоатингс” (ПДФ). Јемнá Мецханика а Оптика (3–5): 53. Архивирано из оригинала (ПДФ) 12. 1. 2011. г. Приступљено 2009-06-17. 
  2. ^ Морено, I.; Араиза, Ј.; Авендано-Алејо, M. (2005). „Тхин-филм спатиал филтерс” (ПДФ). Оптицс Леттерс. 30 (8): 914—916. Бибцоде:2005ОптЛ...30..914М. ПМИД 15865397. дои:10.1364/ОЛ.30.000914. Архивирано из оригинала (ПДФ) 19. 2. 2009. г. Приступљено 26. 6. 2007. 
  3. ^ Хемант Кумар Раут; V. Ананд Ганесх; А. Среекумаран Наирб; Сеерам Рамакрисхна (2011). „Анти-рефлецтиве цоатингс: А цритицал, ин-дептх ревиеw.”. Енергy & Енвиронментал Сциенце. 4 (10): 3779—3804. дои:10.1039/ц1ее01297е. 
  4. ^ Дуффнер, Лее Р (27. 2. 2015). „Анти-рефлецтиве Цоатинг - Америцан Ацадемy оф Опхтхалмологy”. Анти-рефлецтиве Цоатинг - Америцан Ацадемy оф Опхтхалмологy. Америцан Ацадемy оф Опхтхалмологy. Приступљено 22. 1. 2016. 
  5. ^ „Ундерстандинг боттом антирефлецтиве цоатингс” (ПДФ). Архивирано из оригинала (ПДФ) 25. 4. 2012. г. Приступљено 25. 6. 2012. 
  6. ^ Yет, Сиеw Инг (2004). „Инвестигатион оф УФО дефецт он ДУВ ЦАР анд БАРЦ процесс”. Ур.: Силвер, Рицхард M. Метрологy, Инспецтион, анд Процесс Цонтрол фор Мицролитхограпхy XVIII. 5375. СПИЕ. стр. 940—948. Бибцоде:2004СПИЕ.5375..940Y. дои:10.1117/12.535034. 
  7. ^ Рајиндер Схарма (2. 7. 2019). „Еффецт оф облиqуитy оф инцидент лигхт он тхе перформанце оф силицон солар целлс”. Хелиyон. 5 (7): е01965. ПМЦ 6611928Слободан приступ. ПМИД 31317080. дои:10.1016/ј.хелиyон.2019.е01965. 
  8. ^ Рајиндер Схарма (мај 2018). „Силицон нитриде ас антирефлецтион цоатинг то енханце тхе цонверсион еффициенцy оф силицон солар целлс”. Туркисх Јоурнал оф Пхyсицс. 42 (4): 350—355. С2ЦИД 139899251. дои:10.3906/физ-1801-28. 

Литература[уреди | уреди извор]

Спољашње везе[уреди | уреди извор]