Просветляване (антирефлексно покритие)

Просветляването е средство за намаляване на отраженията от стъклени повърхности и увеличаване на пропускателната способност на оптичните елементи.

Поради отражението във всяка от повърхностите на оптическите й елементи (например лещи) при преминаването на светлинния поток през една оптическа система част от него се губи. В зависимост от стъклото и ъгъла на падане във всяка повърхнина се отразяват от 4 до 8% от светлината. Всяка леща има две, а една по-сложна оптична система може да има дори над 10 такива повърхнини, например при фотообективите и скъпите окуляри. През такава система може да премине, например, само 20% от влязлата светлина. Освен това се влошава контрастът, разделителната способност намалява, а се получават и вътрешни отражения между лещите, които допълнително пречат на фотографията, наблюдението през окуляра и т.н. За да се избегне тази загуба на светлина, особено при астрономически наблюдения и нежеланите светлинни ефекти всички съвременни оптични системи са просветлени.

Какво представлява антирефлексното покритие? Това е тънък слой от прозрачен материал, с който е покрита повърхността на оптическия елемент. В съвременната оптика се използват различни материали, като MgF2, ZrO2, TiO2, ZnS, SiO2 и др. Използването на тези съединения е продиктувано от условието коефициентите им на пречупване да са в определена пропорция с този на стъклото. Дебелината на нанесения слой също е от голямо значение - за да изпълни правилно предназначението си антирефлексното покритие трябва да е дебело 1/4 от дължината на вълната на светлинните лъчи. Технологията на просветляването била въведена най-напред в Германия през 30-те години на XX век и се прилагала при производството на перископите на подводниците. Първоначално оптическите елементи са били просветлявани само с един слой от MgF2, който давал най-добър резултат за жълтия цвят (оптична система с такова покритие пропуска най-добре жълтото, другите цветове се отразяват в по-голяма степен, в резултат на което образа жълтее). Но тъй като светлинният спектър има известна ширина се наложило въвеждането на двуслойно и многослойното просветляване (MC, Multi Coating) с различни материали, с което остатъчните паразитни отражения се свеждат до около 0.2%.

Как действа просветляването? Ефектът му се обяснява чрез т.нар. вълнова теория за светлината. Когато светлинният лъч, движещ се във въздуха срещне повърхността на лещата той навлиза в нея, но малка част от него (споменатите 4 - 8%) се отразяват. Причината е, че въздухът и стъклото пречупват светлината в различна степен, т.е. имат различен коефициент на пречупване. За да се избегне тази голяма разлика между въздуха и стъклото се слага преходен (антирефлексен) слой, като пречупването се разделя на два етапа - на границата въздух - слой и на границата слой - стъкло. По същият начин се разделя и отражението, но сумарно двете отражения са по-слаби отколкото отражението при преминаване от въздух направо в стъкло. Тук се намесва и вълновата теория, която за светлината може да се опише образно по следния начин. Освен като частица, например при отразяването светлината като че "отскача" от отражателната повърхност тя се държи и като вълна - по същият начин, както се държат водните вълни, образувани от хвърлен във водата камък - с върхове и падини. Ако във водата се хвърлят два камъка всеки от тях образува собствени вълни, които се преплитат. Когато се срещнат върховете от двете вълни там водата става по-висока, а когато се срещнат падините става по-дълбока. Просто се сумират височините (амплитудите) им . Ако, обаче се срещнат връх и падина, т.е. противоположни фази, те взаимно се унищожават (погасяват) и водата остава равна. Точно този принцип с погасяването се използва при просветляването, само че тук вълните са светлинни. Дебелината на просветляващия слой - 1/4 от дължината на вълната се подбира така, че отразената от него вълна и вълната, отразена от стъклото да попаднат в противофаза и да се погасят. Така отразена светлина няма, следователно няма светлинни загуби.

Защо антирефлексното покритие е оцветено? Ами това е много просто. Както разбрахте просветляването се прави за определен цвят или няколко цвята и е много трудно да се направи за целия видим спектър. Оптиката отразява най-малко този цвят, за който е нанесен слоя, а останалите се отразяват в по-голяма степен. Впечатлението за цвета на антирефлексния слой е предизвикано от сумарното възприемане от останалите отразени цветове. Така например, за просветляване във виолетовата част на спектъра слоя изглежда тъмножълт, за зелената част - пурпурен, за жълто-зелената - виолетов и т.н. Можете лесно да се ориентирате - цвета на просветляването е обратен (негативен) на цвета светлина, за който е нанесен слоя. Най-често просветляване се прави за жълто-зеления цвят от спектъра, който се възприема най-добре от окото, затова и антирефлексното покритие изглежда виолетово.