Jak opisaliśmy w poprzednim artykule pt. "Odbicie światła na powierzchni szkła i jego skutki", potrzeba poprawienia komfortu widzenia osobom noszących okulary spowodowała, już przed wielu laty powstanie dyscypliny noszącej obecnie nazwę optyki przeciwodblaskowej lub antyrefleksyjnej.
Zadaniem tej optyki jest zmodyfikowanie sposobu rozchodzenia się światła w soczewce okularowej tak, by zminimalizować straty światła na odbicie i tym samym zwiększyć ilość światła docierającego do oka. Udało się to uzyskać przez opracowanie powłok nanoszonych na powierzchnię soczewki, a wykorzystujących inne zjawisko optyczne, jakim jest interferencja światła.
W numerze 2 IZOPTYKI omówiliśmy zagadnienie światła jako fal elektromagnetycznych, a obecnie chcemy tylko przypomnieć zjawiska wynikające z teorii falowej wykorzystane przy pracach nad zmniejszeniem odbicia na powierzchni szkła.
Fale elektromagnetyczne drgają poprzecznie tzn. prostopadle do kierunku ich rozchodzenia, a maksymalne wychylenie od linii zerowej nazywa się amplitudą. Można je przedstawić w postaci krzywej jak na rys.5 lub przypomnieć sobie jak wyglądają fale rozchodzące się na wodzie. Dwie fale o takiej samej charakterystyce mogą przy spotkaniu w określonym miejscu i czasie ulec interferencji, czyli nałożeniu się. Jeżeli przy nakładaniu się fal wierzchotek jednej fali natrafi na dolinę drugiej fali, czyli fale są przesunięte w fazie, a równocześnie ich amplitudy są jednakowe, nastąpi wygaszenie fal. Właśnie to zjawisko wykorzystano nakładając na powierzchnię szkła cienką przezroczystą powłokę, czyli przez tworzenie powłok przeciwodblaskowych (antyrefleksyjnych). Przebieg fali w takim przypadku obrazuje rysunek 5.
Wiązka światła składająca się z jednego szeregu fal pada na powierzchnię warstwy gdzie zostaje podzielona na falę odbitą i załamaną. Fala zalamana przechodzi przez warstwę i natrafia na powierzchnię szkła, gdzie poddana zostaje temu samemu zjawisku. Aby fale odbite od powierzchni warstwy i powierzchni szkła uległy wygaszeniu, muszą być spełnione dwa warunki:
- wierzchołek fali odbitej od powierzchni warstwy musi pokryć się z doliną fali odbitej od powierzchni szkła, czyli musi nastąpić przesunięcie fazowe równe połowie długości fali (l/2), a jest to spełnione, gdy grubość warstwy jest nieparzystą wielokrotnością ćwiartek długości fali w warstwie czyli:
przy czym n1 jest współczynnikiem załamania materiału warstwy;
- amplitudy obu fal muszą być jednakowe, co jest spełnione, gdy współczynnik załamania warstwy równy jest pierwiastkowi ze współczynnika załamania szkła czyli
Spełnienie obu wymienionych warunków dla powłok jednowarstwowych jest niestety bardzo ograniczone ze względu na rodzaj materiału. Praktycznie jedynym dostępnym materiałem jest tu fluorek magnezu o współczynniku załamania nl = 1.38, co pozwala na uzyskiwanie dobrych efektów dla szkieł o współczynnikach załamania = 1.700. Dodatkowo, jak już powiedziano, pełne wygaszenie może nastąpić jedynie, gdy obie fale mają tę samą długość. Światło widzialne nie jest jednak monochromatyczne, więc należy dokonać wyboru fali, dla której obliczona będzie powłoka. Powszechnie przyjęto do założeń falę, na którą oko jest najbardziej czułe, czyli o długości l= 555 nm.
W powłokach wielowarstwowych, które są udoskonaleniem pomysłu, wykorzystano efekt interferencji w ten sposób, że każda pojedyncza warstwa wytwarza rząd odbitych fal. Fale te są względem siebie przesunięte w fazie i prowadzi to do wielokrotnej interferencji. Powłoki te są bardzo skomplikowane, gdyż składają się z wielu warstw o różnych grubościach, a każda z warstw może być wykonana z innego materiału. Przy ich obliczaniu uwzględnia się również szeroki przedział długości fal świetlnych i z tego względu określa się je mianem szerokopasmowych. Warstwy są nanoszone w jednym cyklu produkcyjnym, jedna po drugiej na zasadzie stosu, dzięki czemu powłokę wielowarstwową określa się żartobliwie mianem "kanapki antyrefleksyjnej". Powłoki takie mają znacznie mniejsze odbicie resztkowe.
Naniesienie warstw przeciwodblaskowych na powierzchnie szkła pozwala nie tylko na zmniejszenie strat światła, ale również na uzyskanie na powierzchni szkła przyjemnej barwy odbicia resztkowego zależnej od rodzaju powłoki, przy czym powłoki wielowarstwowe stwarzają możliwości doboru barwy odbicia resztkowego. Produkcja dobrych powłok antyrefleksyjnych (AR) wymaga dużych nakładów inwestycyjnych na nowoczesną i skomplikowaną aparaturę próżniową (co szczególnie dotyczy powłok wielowarstwowych), a także precyzyjnego i powtarzalnego procesu technologicznego. Cała aparatura musi znajdować się w bardzo czystych pomieszczeniach z kontrolowaną jakością. Stopień czystości, także powietrza jest zbliżony do stosowanego w zakładach farmaceutycznych. Stanowiska produkcyjne i kontrolne stanowią swoistą enklawę, do której dostęp ma bardzo ograniczona grupa osób, dzięki temu w pomieszczeniach udaje się zapewnić mikroklimat niezbędny procesom produkcyjnym. Aparatura próżniowa i czyste pomieszczenie to jeszcze nie wszystko. Nałożenie dobrej powłoki wymaga też dobrej znajomości parametrów szkła. Tylko nieliczni producenci, sami wytwarzający soczewki okularowe od podstaw, mogą powiedzieć, że opanowali proces próżniowy w całości. JZO Sp. z o.o. jako producent soczewek, posiadający własną hutę szkła, spełnia te kryteria, a w swojej ofercie ma powłoki jedno- i wielowarstwowe.
- Powłoka jednowarstwowa AR 1 KROKUS na soczewkach mineralnych - jest najbardziej znaną na świecie powłoką AR nanoszoną na szkła mineralne o dowolnym współczynniku załamania światła. Powłoka pozwala na uzyskanie transmisji ok. 97% dla szkieł o ne = 1.5 oraz ok. 98,5% dla szkieł o ne = 1.7. Jest to powłoka bardzo wytrzymała na wszelkie uszkodzenia mechaniczne, ale bardzo łatwa w czyszczeniu. W zależności od współczynnika załamania szkła, powłoka może posiadać barwę odbicia resztkowego od niebiesko - fioletowej (1.525) do purpurowej (1.706). Powłokę tę nanosimy standardowo na wszystkie soczewki o wysokim współczynniku załamania (powyżej 1.7).
