روکش آنتی‌رفلکس

روکش آنتی‌رفلکس (AR) نوعی روکش نوری است که به منظور کاهش انعکاس بر روی عدسی‌ها و دیگر وسایل نوری بکار برده می‌شود. از آنجایی که این روکش باعث اتلاف نور کمتر می‌گردد، کارآیی سیستم را بالا می‌برد. در سیستم‌های پیچیده مانند تلسکوپ، کاهش انعکاس‌ها با حذف نور منحرف، مغایرت تصویر را بالا می‌برد. این موضوع به خصوص در علم نجوم اهمیت دارد. در کاربردهای دیگر، اولین مزیت حذف خود انعکاس است، مانند روکش عدسی‌های عینک که باعث می‌شود چشم فردی که عینک پوشیده است برای دیگران مشخص‌تر باشد یا پوششی برای کاهش درخشندگی دید فرد استفادهکننده از دوربین چشمی یا تلسکوپ.

Uncoated glasses lens (top) versus lens with antireflective coating. Note the tinted reflection from the coated lens.

بسیاری از روکش‌ها ساختارهای شبیه به فیلم باریک شفاف با لایه‌های تغییردهنده شاخصه تضاد انحساری دارند. ضخامت‌های لایه به گونه‌ای انتخاب می‌شوند که تداخل مخربی را در اشعه‌های انتقال یافته ایجاد کنند. این امر باعث می‌شود که عملکرد ساختار با توجه به طول موج و زاویه تلاقی تغییر کند، بنابراین به نظر می‌رسد که غالباً رنگ بر زاویه‌های حاده (تند) اثر می‌گذارد. زمانی که این روکش‌ها طراحی یا سفارش داده می‌شوند، محدوده طول موج باید مشخص شود. اما غالباً برای محدوده‌های به نسبت گسترده بسامدها، عملکرد خوبی را می‌توانیم بدست آوریم: معمولاً انتخاب IR، قابل رؤیت یا UV پیشنهاد می‌شود.

کاربردها

روکش‌های آنتی‌رفلکس برای موارد زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرند جایی که نور از سطح دیداری می‌گذرد و وجود اتلاف کم یا انعکاس کم مطلوب است. مثال‌ها عبارتند از روکش‌های ضددرخشندگی بر روی عدسی‌های اصلاحی و عدسی‌های دوربین.

عدسی‌های اصلاحی

سازندگان عینک از "عدسی‌های آنتی‌رفلکس" استفاده می‌کنند زیرا کاهش انعکاس باعث می‌شود آن‌ها دید بهتری داشته باشند، و درخشندگی کمتری را به وجود می‌آورند، که این امر به خصوص در هنگام رانندگی در شب یا کار در جلوی مانیتور کامپیوتر قابل توجه است. کاهش درخشندگی به این معنی است که فرد استفاده کننده از عینک احساس خستگی کمتری در چشمان خود، به خصوص در پایان روز دارد. در صورتی که نور بیشتری از عدسی‌ها عبور کند، مغایرت و در نتیجه هوش دیداری افزایش می‌یابد. عدسی‌های آنتی‌رفلکس التهاب چشمی نباید با لنزهای پلاریزه که درخشندگی قابل رؤیت بازتاب نور خورشید از سطوحی مانند ماسه، آب و جاده‌ها را (بوسیله جذب) کاهش می‌دهند، اشتباه گرفته شوند. عبارت «آنتی‌رفلکس» به به انعکاس از سطح خود لنز مربوط می‌شود، نه منبع نوری که به عدسی‌ها رسیده است.

بسیاری از لنزهای آنتی‌رفلکس دارای روکش اضافی‌ای نیز هستند که آب و چربی را دفع می‌کند، و تمیز نگه داشتن آن‌ها را آسان‌تر می‌سازد. روکش‌های آنتی‌رفلکس به‌طور خاص در عدسی‌های دارای شاخصه بالا قرار می‌گیرند. چرا که این عدسی‌ها نور بیشتری را بدون روکش بازتاب می‌کنند تا عدسی‌های دارای شاخصه کم (نتیجه معادلات Fresnel). به‌طور کلی روکش کردن لنزهای دارای شاخصه بالا آسان‌تر و ارزان‌تر است.

دوربین عکسبرداری

روکش‌های آنتی‌رفلکس غالباً در دوربین‌های عکسبرداری میکروالکترونیک استفاده می‌شوند تا به کاهش انحرافات تصویر مربوط به بازتاب‌های سطح لایه کمک کنند. روکش‌های آنتی‌رفلکس مختلفی قبل یا بعد از پایدار ساختن عکس مورد استفاده قرار می‌گیرند و به کاهش امواج مقاوم، تداخل فیلم باریک و بازتاب‌های آینه طبی کمک می‌کنند.

تطبیق- شاخصه

ساده‌ترین شکل روکش آنتی‌رفلکس توسط Lord Rayleigh در سال ۱۸۸۶ کشف شد. به دلیل واکنش‌های شیمیایی با محیط، با گذشت زمان کدری سطح شیشه نوری افزایش می‌یابد. Rayleigh بعضی از شیشه‌های قدیمی و به نسبت کدر را مورد آزمایش قرار داد و به‌طور شگفت‌انگیزی دریافت که آن‌ها نور بیشتری را نسبت به قطعه‌های جدید و تمیز انتقال می‌دهند. کدری با دو واسطه رابطه هوا با شیشه را از بین می‌برد: رابطه هوا- کدری. چون کدری بین شیشه و هوا شاخصه‌ای بازتابی دارد، هر کدام از این واسطه‌ها بازتاب کمتری را نسبت به واسطه هوا-شیشه نشان می‌دهد. در حقیقت، کل دو بازتاب کمتر از واسطه هوا- شیشه "naked" است، در حالیکه برای تلاقی نزدیک به حالت طبیعی بازتاب متناسب با مجذور اختلاف در شاخصه بازتابی است.

تداخل تک لایه

ساده‌ترین روکش تداخل AR از لایه یک چهارم موج ماده شفاف تشکیل شده‌ است که شاخصه بازتابی آن مجذور ریشه شاخصه بازتابی لایه زیرین است؛ این مورد به صورت تئوریکی انعکاس صفر در طول موج مرکزی را نشان می‌دهد و انعکاس برای طول‌موج‌های موجود در محدوده گسترده اطراف مرکز را کاهش می‌دهد. معمول‌ترین نوع شیشه نوری، شیشه crown است، که شاخصه بازتاب حدود ۵۲ را دارد. روکش تک لایه مطلوب باید از ماده‌ای با شاخصه ۲۳/۱ ساخته شود. متأسفانه، چنین مواد جامدی با این شاخصه بازتابی کم وجود ندارند. بهترین مواد با مشخصه‌های فیزیکی خوب برای روکش فلورید منیزیم، MgF2 (با شاخصه ۳۸/۱) و فلوروپلیمرها (که می‌توانند شاخصه‌های کمی همانند ۳۰/۱ داشته باشند اما بکار بردن آن‌ها دشوار است) است. MgF2 بر روی سطح شیشه crown، در مقایسه با ۴٪ برای شیشه ساده، بازتاب حدود ۱٪ را دارد. MgF2 عملکرد بهتری بر روی شیشه‌های دارای شاخصه بالاتر دارند، به خصوص شیشه‌هایی با شاخصه بازتاب نزدیک به ۹/۱. روکش‌های MgF2 معمولاً چون ارزان‌قیمت هستند استفاده می‌شوند و زمانی که برای طول‌موج در میانه محدوده قابل رؤیت طراحی می‌شوند، آنتی‌رفلکس خوبی را در کل آن محدوده نشان می‌دهند. محققان فیلم‌هایی از ذرات نانوسیلیکا مزوپور با شاخصه‌های انکساری کمتر از ۱۲/۱ تولید کرده‌اند، که به عنوان روکش‌های آنتی‌رفلکس عمل می‌کنند.

تداخل چندلایه

با استفاده از لایه‌های متغیر ماده دارای شاخصه کم مانند سیلیکا و ماده دارای شاخصه بالاتر، بدست آوردن بازتاب‌های کمتر از ۱/۰٪ در یک طول موج امکان‌پذیر است. روکش‌هایی که دارای بازتاب بسیار کم در محدوده گسترده باشند را نیز می‌توان ساخت، اگرچه آن‌ها پیچیده و به نسبت گران‌قیمت هستند. روکش‌های نوری را همچنین می‌توان با مشخصه‌های خاصی همچون بازتاب نزدیک به صفر در چندین طول موج یا عملکرد مطلوب در زاویه‌های تلاقی غیر از صفر درجه ساخت.

جاذب

گروه دیگر روکش‌های آنتی‌رفلکس "ARC جاذب" نامیده می‌شود. این روکش‌ها در موقعیت‌هایی که انتقال بالا در یک سطح غیرمهم یا نامطلوب است، سودمند هستند اما به بازتاب کمتر نیاز داریم. آن‌ها می‌توانند بازتاب بسیار کم با لایه‌های کم تولید کنند و غالباً می‌توانند روکش‌های ارزان‌تر یا در مقیاس بزرگتر نسبت به روکش‌های استاندارد غیرجاذب AR بسازند. "ARCهای جاذب" غالباً از مشخصه‌های نوری غیرمعمول نشان داده شده در ترکیب لایه های نازک استفاده کرده‌اند. برای مثال، نیترید تیتانیوم و نیترید نیوبیوم در ARCهای جاذب بکار می‌روند. این مواد می‌توانند در کاربردهای نیازمند به افزایش مقایسه یا جابجایی برای شیشه سایه‌دار (برای مثال در نمایش CRT) سودمند باشند.

چشم حشرات

چشمان حشرات مشخصه غیرمعمولی دارند. سطح آن‌ها با فیلم غیرساختاری طبیعی که بازتاب‌ها را حذف می‌کند پوشانده شده‌است. این موضوع باعث می‌شود حشره در تاریکی بتواند به خوبی ببیند بدون اینکه بازتاب‌هایی از مکان حشره به چشم شکارچیان برسد. این ساختار از الگوی پنج ضلعی برآمدگی‌ها تشکیل شده‌است، که هر کدام به نسبت nm200 طول دارند و در nm300 مراکز قرار گرفته‌اند. این نوع روکش آنتی‌رفلکس عملکرد لازم را دارد زیرا برآمدگی‌ها کوچکتر از طول‌موج نور مرئی هستند، بنابراین نور از آن‌جایی که شیب شاخصه بازتابی بین هوا و محیط را دارد به سطح می‌رسد، که با از بین بردن مؤثر رابطه هوا-عدسی بازتاب کاهش پیدا می‌کند. فیلم‌های آنتی‌رفلکس کاربردی توسط انسان‌ها با استفاده از این اثر ساخته می‌شوند.

قطبش‌دهنده مدور

قطبش‌دهنده مدور لایه‌لایه در سطح را می‌توان برای حذف بازتاب‌ها مورد استفاده قرار داد. قطبش‌دهنده مدور نور را با یک chirality دوقطبی مدور انتقال می‌دهد. نور بازتاب شده از سطح بعد از قطبش‌دهنده به "سمت" مخالف تغییرشکل داده می‌شود. این نور نمی‌تواند از طریق قطبش‌دهنده مدور برگشت داده شود زیرا chirality آن تغییر کرده‌است (برای مثال از قطبش‌دهنده مدور سمت راست به قطبش‌دهنده مدور سمت چپ)

تئوری

دو دلیل جداگانه از اثرات نوری به دلیل روکش‌ها وجود دارد، غالباً اثرات فیلم ضخیم و فیلم باریک نامیده می‌شوند. اثرات فیلم ضخیم به دلیل تفاوت در شاخصه بازتاب بین لایه‌های بالا و پائین روکش (یا فیلم) به وجود آمده‌اند؛ در ساده‌ترین حالت، این سه لایه هوا، روکش و شیشه هستند. روکش‌های فیلم ضخیم به چگونگی ضخامت روکش بستگی دارند، بنابراین روکش بسیار ضخیم‌تر از طول موج نور است. اثرات فیلم باریک زمانی به وجود می‌آیند که ضخامت روکش تقریباً مشابه با یک چهارم یا نصف طول موج نور باشد. در این حالت، انعکاس‌های منبع پایدار نور می‌توانند برای اضافه کردن قدرت تخریب ایجاد شوند و از این رو به وسیلهٔ مکانیزمی جداگانه انعکاس‌ها را کاهش می‌دهند. علاوه بر اینکه به ضخامت فیلم و طول موج نور زیاد ارتباط دارند، روکش‌های باریک فیلم به زاویه‌ای بستگی دارند که نور به سطح پوشیده شده برخورد کرده‌است.

منابع

http://en.wikipedia.org/wiki/Anti-reflective_coating https://web.archive.org/web/20140409023612/http://www.allaboutvision.com/lenses/anti-reflective.htm

    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.