El revestimiento óptico evita el empañamiento y los reflejos no deseados

Unos investigadores han desarrollado un sistema de revestimiento óptico que combina propiedades antivaho y antirreflectantes. De esta manera, la nueva tecnología podría mejorar el rendimiento de los sistemas lidar y las cámaras.

"Entrar en una habitación cálida desde el frío exterior puede empañar las gafas y cegar al usuario" , explica Anne Gärtner , directora del equipo de investigación del Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión y la Universidad Friedrich Schiller de Jena (Alemania). Y añade: "Lo mismo puede ocurrir con sensores como los sistemas lidar utilizados en los coches autónomos. Es importante que las superficies sigan siendo muy transparentes, aunque se empañen, para que se mantenga la funcionalidad".

En la revista Applied Optics del Optica Publishing Group, Gärtner y sus comapñerodescriben cómo combinaron un recubrimiento de polímero que evita el empañamiento con nanoestructuras porosas de dióxido de silicio que reducen los reflejos. Aunque los recubrimientos descritos en el artículo se diseñaron específicamente para sistemas lidar, la tecnología puede adaptarse a muchas aplicaciones diferentes.

"En nuestro sistema de recubrimiento se combinan de forma excelente las propiedades antivaho y antirreflejos, algo que hasta ahora no era posible" , afirma Gärtner. "Las muestras fabricadas con esta nueva tecnología de revestimiento ya se utilizan con éxito desde hace un año en varios prototipos de lidar aerotransportado que operan en diversas condiciones climáticas en todo el mundo".

Ver con claridad

El sistema de recubrimiento descrito en el artículo fue desarrollado en respuesta a una necesidad identificada por Leica Geosystems en Heerbrugg, Suiza. Leica Geosystems desarrolla sistemas de medición lidar aerotransportados que se utilizan para la cartografía de terrenos y ciudades. Cuando hay diferencias extremas de temperatura entre el entorno y el sistema de medición, a veces se produce empañamiento en las superficies ópticas, lo que perjudica su funcionalidad. El equipo de Gärtner colaboró con Leica Geosystems para desarrollar una solución que controlara el empañamiento, así como los reflejos de luz no deseados.

"Utilizamos un polímero que evita el empañamiento de la superficie óptica actuando como depósito de agua" , explica Gärtner. "Sin embargo, las diferencias en los índices de refracción del material polimérico y el aire circundante provocan reflejos no deseados y luz fantasma. Para evitar estos reflejos, combinamos la película antivaho con estructuras muy pequeñas (de hasta 320 nm de altura)para crear un efecto antirreflectante junto con permeabilidad al agua".

Para fabricar el sistema de recubrimiento multifuncional, los investigadores aplicaron la tecnología AR-plas2 desarrollada en el Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión. Esta tecnología permite crear varias nanoestructuras superpuestas. El proceso consistió en grabar una nanoestructura en el revestimiento antivaho y luego fabricar una segunda nanoestructura encima. Con esta tecnología, es posible ajustar los índices de refracción de las nanoestructuras para adaptar el diseño de la doble nanoestructura y conseguir una reflexión muy baja en una amplia gama espectral.

Los investigadores probaron los efectos antirreflejos y antivaho de su sistema de recubrimiento mediante mediciones de reflectancia adquiridas con un espectrofotómetro y mediciones de empañamiento obtenidas tras mantener la cara antirreflejos/antivaho de la óptica sobre agua caliente. Estas pruebas de laboratorio demostraron que el sistema multicapa presentaba una reflexión muy baja en una amplia gama espectral, lo que sería imposible con una sola nanoestructura. Además, las nanoestructuras no afectaron a las propiedades antivaho del revestimiento.

Aplicaciones reales

Como las estructuras se generan en una máquina estándar de recubrimiento asistido por iones de plasma, el nuevo método puede incorporarse fácilmente a los procesos de fabricación comerciales. Además de aplicarse en varios prototipos de sistemas lidar, la tecnología de recubrimiento ya se utiliza en las cámaras de los smartphones más avanzados.

Los investigadores estudian ahora cómo podría trasladarse el sistema de recubrimiento a otros ámbitos, como los sistemas de iluminación adaptativa en el sector de la automoción o el desarrollo de ordenadores cuánticos.

"Los sistemas ópticos son cada vez más complejos y, por tanto, también aumentan las exigencias en cuanto a calidad de imagen" , explica Gärtner . "Con las nanoestructuras se pueden conseguir propiedades antirreflectantes con resultados impresionantes que a menudo no son factibles con los recubrimientos convencionales. Con los conocimientos fundamentales que hemos adquirido en los últimos años, confiamos en poder llevar los revestimientos nanoestructurados a muchas aplicaciones del mundo real", concluye .

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