Calculadora de Recubrimiento Óptico de Película Delgada

Analiza la reflectancia y transmitancia de un recubrimiento óptico de una sola capa.

Introduce las propiedades del medio incidente, la película delgada y el sustrato para calcular el rendimiento óptico basado en las ecuaciones de Fresnel.

Ejemplos Prácticos

Explora escenarios comunes para recubrimientos de película delgada cargando un ejemplo.

AR Coating on Glass (Normal Incidence)

Recubrimiento AR en Vidrio (Incidencia Normal)

Un recubrimiento antirreflejo estándar de un cuarto de onda usando Fluoruro de Magnesio (MgF2) en vidrio para luz verde (550 nm) a un ángulo de 0 grados.

n (Incidente): 1.0

n (Película): 1.38

n (Sustrato): 1.52

Longitud de Onda: 550 nm

Espesor: 99.64 nm

Ángulo: 0 °

HR Coating on Glass (Normal Incidence)

Recubrimiento HR en Vidrio (Incidencia Normal)

Un recubrimiento de alta reflectancia de un cuarto de onda usando Sulfuro de Zinc (ZnS) en vidrio para un láser He-Ne (633 nm).

n (Incidente): 1.0

n (Película): 2.35

n (Sustrato): 1.52

Longitud de Onda: 633 nm

Espesor: 67.34 nm

Ángulo: 0 °

AR Coating at 45° Angle

Recubrimiento AR a 45° de Ángulo

El mismo recubrimiento AR que el primer ejemplo, pero con luz incidente a un ángulo de 45 grados, mostrando la diferencia entre polarización S y P.

n (Incidente): 1.0

n (Película): 1.38

n (Sustrato): 1.52

Longitud de Onda: 550 nm

Espesor: 99.64 nm

Ángulo: 45 °

Soap Bubble Reflection

Reflexión de Burbuja de Jabón

Modela una película delgada de agua (burbuja de jabón) en aire. Este ejemplo verifica la reflectancia para luz naranja (600 nm) en una burbuja de 300 nm de espesor.

n (Incidente): 1.0

n (Película): 1.33

n (Sustrato): 1.0

Longitud de Onda: 600 nm

Espesor: 300 nm

Ángulo: 20 °

Otros Títulos
Entendiendo los Recubrimientos Ópticos de Película Delgada: Una Guía Completa
Una mirada profunda a los principios de interferencia de película delgada, cómo usar esta calculadora y los fundamentos matemáticos detrás de ella.

¿Qué es un Recubrimiento Óptico de Película Delgada?

  • Los Fundamentos de la Interferencia de Luz
  • Interferencia Constructiva vs. Destructiva
  • Tipos de Recubrimientos Ópticos
Un recubrimiento óptico de película delgada es una capa de material, típicamente que va desde nanómetros hasta unos pocos micrómetros de espesor, depositada sobre un sustrato (como una lente o un espejo) para alterar la forma en que refleja y transmite la luz. La magia detrás de estos recubrimientos radica en un fenómeno llamado interferencia de película delgada. Cuando las ondas de luz golpean la superficie superior de la película, algunas se reflejan, mientras que otras pasan a través. Las ondas que pasan a través luego golpean la superficie inferior (la interfaz película-sustrato) y se reflejan de vuelta. Estos dos conjuntos de ondas reflejadas luego interfieren entre sí. Esta calculadora analiza el resultado de esa interferencia.
Interferencia Constructiva y Destructiva
Dependiendo del espesor de la película y la longitud de onda de la luz, las ondas reflejadas pueden interferir de dos maneras principales. Si los picos de las ondas se alinean, se refuerzan mutuamente, creando interferencia constructiva y alta reflexión. Este es el principio detrás de los recubrimientos de alta reflectancia (HR) utilizados en espejos. Si el pico de una onda se alinea con el valle de otra, se cancelan mutuamente, llevando a interferencia destructiva y baja reflexión. Este es el objetivo de los recubrimientos antirreflejo (AR), que son cruciales para maximizar la transmisión de luz en lentes y paneles solares.

Guía Paso a Paso para Usar la Calculadora

  • Introduciendo Índices de Refracción
  • Definiendo Longitud de Onda y Espesor
  • Interpretando los Resultados de Polarización
Esta calculadora usa las ecuaciones de Fresnel para proporcionar un análisis preciso de un recubrimiento de una sola capa. Aquí está cómo usarla:
1. Índice de Refracción (Medio Incidente, n_incident): Introduce el índice de refracción del medio inicial. Esto suele ser aire (n ≈ 1.0).
2. Índice de Refracción (Película Delgada, n_film): Introduce el índice de refracción del material de recubrimiento en sí. Por ejemplo, MgF2 es ~1.38.
3. Índice de Refracción (Sustrato, n_substrate): Introduce el índice de refracción del material base, como vidrio (n ≈ 1.52).
4. Longitud de Onda de la Luz (nm): Especifica la longitud de onda en el vacío de la luz que quieres analizar.
5. Espesor de la Película (nm): El espesor físico de tu capa de recubrimiento.
6. Ángulo de Incidencia (°): El ángulo con el que la luz golpea la superficie. 0° es perpendicular (incidencia normal).
Entendiendo S- y P-Polarización
Cuando la luz golpea una superficie en un ángulo, su comportamiento depende de su polarización. Esta calculadora descompone la reflectancia en dos componentes: Rs (polarización s) y Rp (polarización p). Para luz no polarizada (como la luz solar), la 'Reflectancia Promedio' es el resultado más relevante. Sin embargo, para aplicaciones que involucran láseres o configuraciones ópticas específicas, analizar Rs y Rp individualmente es crítico.

Aplicaciones del Mundo Real de Recubrimientos de Película Delgada

  • Gafas y Lentes de Cámara
  • Vidrio Arquitectónico y Células Solares
  • Instrumentos Científicos Avanzados
Los recubrimientos de película delgada son ubicuos en la tecnología moderna. Por ejemplo: Los Recubrimientos Antirreflejo (AR) se encuentran en prácticamente todas las gafas de prescripción y lentes de cámara para reducir el deslumbramiento. Los Recubrimientos de Alta Reflectancia (HR) se usan para crear espejos altamente eficientes para láseres. Los Filtros de Banda Transmiten un rango específico de longitudes de onda. El Vidrio Arquitectónico a menudo tiene recubrimientos de baja emisividad (Low-E) para controlar la calefacción y refrigeración.

Derivación Matemática y Fórmulas

  • Ley de Snell
  • Las Ecuaciones de Fresnel
  • Desfase de Fase e Interferencia
La lógica de la calculadora se basa en principios fundamentales de óptica de ondas. Los cálculos principales involucran determinar los coeficientes de reflexión en cada interfaz y el desfase de fase experimentado por la luz que viaja a través de la película.
Las Ecuaciones de Fresnel
La cantidad de luz reflejada en una interfaz entre dos medios se describe por las ecuaciones de Fresnel. Estas ecuaciones dependen de los índices de refracción de los dos medios, el ángulo de incidencia y la polarización de la luz. La calculadora computa estos coeficientes para ambas interfaces: la superior (incidente-película) y la inferior (película-sustrato).
Reflexión Total
La reflexión total se encuentra sumando la reflexión de la superficie superior con la reflexión de la superficie inferior, teniendo en cuenta el desfase de fase (δ). El desfase de fase es causado por la distancia extra que la luz viaja dentro de la película. El coeficiente de reflexión total (r) está dado por: r = (r₁₂ + r₂₃ e^(iδ)) / (1 + r₁₂ r₂₃ * e^(iδ)). La reflectancia final (R) es la magnitud al cuadrado de este número complejo: R = |r|².