Los investigadores han desarrollado un sistema de recubrimiento óptico que combina propiedades antivaho y antirreflectantes. La nueva tecnología podría ayudar a mejorar el rendimiento de los sistemas y cámaras lidar.

« Entrar en una habitación cálida desde el frío exterior puede hacer que los anteojos se empañen y cegar al usuario », dijo la líder del equipo de investigación, Anne Gärtner, del Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión y la Universidad Friedrich Schiller de Jena, ambas en Jena, Alemania. « Lo mismo puede suceder con sensores como los sistemas lidar que se utilizan en los automóviles autónomos. Es importante que las superficies permanezcan altamente transparentes, incluso si se empañan, para que se mantenga la funcionalidad ».

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

« En nuestro sistema de recubrimiento, las propiedades antivaho y antirreflectantes se combinan de forma excelente, algo que antes no era factible », dijo Gärtner. « Las muestras fabricadas con esta nueva tecnología de recubrimiento ya se han utilizado con éxito durante un año en varios prototipos lidar aerotransportados que operan en diversas condiciones climáticas en todo el mundo ».

viendo claramente

El sistema de recubrimiento descrito en el documento se desarrolló en respuesta a una necesidad identificada por Leica Geosystems en Heerbrugg, Suiza. Leica Geosystems desarrolla sistemas de medición lidar aerotransportados que se utilizan para el mapeo de terrenos y ciudades. Cuando hay diferencias de temperatura extremas entre el entorno y el sistema de medición, a veces se empañan las superficies ópticas, lo que perjudica la funcionalidad. El equipo de Gärtner colaboró ​​con Leica Geosystems para desarrollar una solución que gestionaba el empañamiento y los reflejos de luz no deseados.

« Usamos un polímero que evita el empañamiento de una superficie óptica al actuar como un depósito de agua », dijo 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 una efecto antirreflectante junto con la permeabilidad al agua ».

Para hacer el sistema de recubrimiento multifuncional, los investigadores aplicaron la tecnología AR-plas2 desarrollada en el Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión. Permite crear varias nanoestructuras una encima de otra. El proceso implicó grabar una nanoestructura en el revestimiento antivaho y luego fabricar una segunda nanoestructura en la parte superior. Con esta tecnología, es posible ajustar los índices de refracción de las nanoestructuras para adaptar el diseño de la doble nanoestructura para lograr una reflexión muy baja en un amplio rango espectral.

Los investigadores probaron los efectos antirreflectantes y antivaho de su sistema de recubrimiento mediante mediciones de reflectancia adquiridas con un espectrofotómetro y mediciones de empañamiento obtenidas después de sostener el lado antirreflectante/antivaho de la óptica sobre agua caliente. Estas pruebas de laboratorio mostraron que el sistema de múltiples capas exhibió una reflexión muy baja en un amplio rango espectral, lo que sería imposible con una sola nanoestructura. Además, las nanoestructuras no afectaron las propiedades antivaho del recubrimiento.

Aplicaciones del mundo real

Debido a que las estructuras se generan en una máquina de recubrimiento estándar asistida por iones de plasma, el nuevo enfoque se puede incorporar fácilmente a los procesos de fabricación comercial. Además de aplicarse en varios prototipos de sistemas lidar, la tecnología de recubrimiento ya se está utilizando en cámaras de teléfonos inteligentes de última generación.

Los investigadores ahora están explorando cómo el sistema de recubrimiento podría transferirse a otras áreas, como los sistemas de iluminación adaptativa en el sector automotriz o el desarrollo de computadoras cuánticas.

« Los sistemas ópticos son cada vez más complejos y, por lo tanto, también aumentan las demandas de calidad de imagen », dijo Gärtner. « Con las nanoestructuras, se pueden lograr propiedades antirreflectantes con resultados impresionantes que a menudo no son factibles con los recubrimientos convencionales. Con la comprensión fundamental que obtuvimos en los últimos años, estamos seguros de que podemos llevar los recubrimientos nanoestructurados a muchas aplicaciones del mundo real. «