Pesquisadores desenvolveram um sistema de revestimento óptico que combina propriedades antiembaçantes e antirreflexo. A nova tecnologia pode ajudar a aumentar o desempenho dos sistemas e câmeras lidar.
“Entrar em uma sala quente do frio lá fora pode fazer com que os óculos embacem, cegando o usuário”, disse a líder da equipe de pesquisa Anne Gärtner, do Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering e Friedrich Schiller University Jena, ambos em Jena, Alemanha. “O mesmo pode acontecer com sensores como os sistemas lidar usados em carros autônomos. É importante que as superfícies permaneçam altamente transparentes, mesmo que ocorra embaçamento, para que a funcionalidade seja mantida.”
Na revista Optica Publishing Group Aplicado óptica, Gärtner e colegas descrevem como combinaram um revestimento de polímero que evita o embaçamento com nanoestruturas porosas de dióxido de silício que reduzem os reflexos. Embora os revestimentos descritos no documento tenham sido projetados especificamente para sistemas lidar, a tecnologia pode ser adaptada para muitas aplicações diferentes.
“Em nosso sistema de revestimento, as propriedades antiembaçamento e antirreflexo são combinadas de forma excelente, algo que não era viável anteriormente”, disse Gärtner. “Amostras fabricadas com esta nova tecnologia de revestimento já foram usadas com sucesso por um ano em vários protótipos lidar aerotransportados operando em várias condições climáticas em todo o mundo”.
Vendo claramente
O sistema de revestimento descrito no documento foi desenvolvido em resposta a uma necessidade identificada pela Leica Geosystems em Heerbrugg, Suíça. A Leica Geosystems desenvolve sistemas de medição lidar aerotransportados que são usados para mapeamento de terrenos e cidades. Quando há diferenças extremas de temperatura entre o ambiente e o sistema de medição, às vezes ocorre embaçamento nas superfícies ópticas, prejudicando a funcionalidade. A equipe de Gärtner colaborou com a Leica Geosystems para desenvolver uma solução que gerenciou o embaçamento e os reflexos de luz indesejáveis.
“Usamos um polímero que evita o embaçamento em uma superfície óptica, agindo como um reservatório de água”, disse Gärtner. “No entanto, as diferenças nos índices de refração do material polimérico e do ar ao redor levam a reflexos indesejados e luz fantasma. Para evitar esses reflexos, combinamos o filme antiembaçamento com estruturas muito pequenas – até 320 nm de altura – para criar um efeito anti-reflexo juntamente com a permeabilidade à água.”
Para fazer o sistema de revestimento multifuncional, os pesquisadores aplicaram a tecnologia AR-plas2 desenvolvida no Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering. Ele permite que várias nanoestruturas sejam criadas umas sobre as outras. O processo envolveu a gravação de uma nanoestrutura no revestimento antiembaçante e a fabricação de uma segunda nanoestrutura por cima. Com esta tecnologia, é possível ajustar os índices de refração das nanoestruturas para adaptar o design da nanoestrutura dupla para obter uma reflexão muito baixa em uma ampla faixa espectral.
Os pesquisadores testaram os efeitos antirreflexo e antiembaçante de seu sistema de revestimento usando medições de refletância adquiridas com um espectrofotômetro e medições de nebulização obtidas após segurar o lado antirreflexo/antiembaciamento da ótica sobre água aquecida. Esses testes de laboratório mostraram que o sistema multicamada exibiu uma reflexão muito baixa em uma ampla faixa espectral, o que seria impossível com uma única nanoestrutura. Ademais, as nanoestruturas não afetaram as propriedades antiembaçantes do revestimento.
Aplicações do mundo real
Como as estruturas são geradas em uma máquina de revestimento assistida por íons de plasma padrão, a nova abordagem pode ser facilmente incorporada aos processos de fabricação comercial. Além de ser aplicada em diversos protótipos de sistemas lidar, a tecnologia de revestimento já está sendo utilizada em câmeras de smartphones de última geração.
Os pesquisadores agora estão explorando como o sistema de revestimento pode ser transferido para outras áreas, como sistemas de iluminação adaptáveis no setor automotivo ou o desenvolvimento de computadores quânticos.
“Os sistemas ópticos estão se tornando cada vez mais complexos e, portanto, as demandas de qualidade de imagem também estão aumentando”, disse Gärtner. “Com as nanoestruturas, as propriedades antirreflexo podem ser alcançadas com resultados impressionantes que muitas vezes não são viáveis com revestimentos convencionais. Com o entendimento fundamental que adquirimos nos últimos anos, estamos confiantes de que podemos levar revestimentos nanoestruturados para muitas aplicações do mundo real. “
Com informações de Science Daily.