Espejo dieléctrico

Un espejo dieléctrico , también conocido como espejo de Bragg , es un tipo de espejo compuesto por múltiples capas delgadas de material dieléctrico , generalmente depositadas sobre un sustrato de vidrio u otro material óptico. Mediante una cuidadosa selección del tipo y el grosor de las capas dieléctricas, se puede diseñar un recubrimiento óptico con una reflectividad específica en diferentes longitudes de onda de la luz. Los espejos dieléctricos también se utilizan para producir espejos de ultra alta reflectividad: se pueden obtener valores del 99,999 % o superiores en un rango estrecho de longitudes de onda mediante técnicas especiales. Alternativamente, se pueden diseñar para reflejar un amplio espectro de luz, como todo el rango visible o el espectro del láser de zafiro de titanio .

Los espejos dieléctricos son muy comunes en experimentos de óptica , gracias a las técnicas mejoradas que permiten la fabricación económica de espejos de alta calidad. Algunos ejemplos de sus aplicaciones incluyen espejos de extremo de cavidad láser , espejos calientes y fríos, divisores de haz de película delgada , espejos con alto umbral de daño y los recubrimientos de los parasoles modernos y algunos sistemas de prismas de techo para binoculares .

La reflectividad de un espejo dieléctrico se basa en la interferencia de la luz reflejada por las diferentes capas de una pila dieléctrica. Este es el mismo principio que se utiliza en los recubrimientos antirreflectantes multicapa , que son pilas dieléctricas diseñadas para minimizar, en lugar de maximizar, la reflectividad. Los espejos dieléctricos simples funcionan como cristales fotónicos unidimensionales , consistentes en una pila de capas con un alto índice de refracción intercaladas con capas de bajo índice de refracción (véase el diagrama). Los espesores de las capas se eligen de manera que las diferencias de longitud de trayectoria para las reflexiones de diferentes capas de alto índice sean múltiplos enteros de la longitud de onda para la que se diseñó el espejo. Las reflexiones de las capas de bajo índice tienen exactamente media longitud de onda de diferencia de longitud de trayectoria, pero existe una diferencia de 180° en el desfase entre un índice bajo y uno alto, en comparación con un desfase entre un índice alto y uno bajo, lo que significa que estas reflexiones también están en fase. En el caso de un espejo con incidencia normal, las capas tienen un espesor de un cuarto de longitud de onda.

Otros diseños presentan una estructura más compleja, generalmente obtenida mediante optimización numérica . En este último caso, también se puede controlar la dispersión de fase de la luz reflejada (un espejo chirpeado ). En el diseño de espejos dieléctricos, se puede utilizar un método de matriz de transferencia óptica . Un recubrimiento dieléctrico multicapa bien diseñado puede proporcionar una reflectividad superior al 99 % en todo el espectro de luz visible . ^{[ 1 ]}

Los espejos dieléctricos presentan retardo en función del ángulo de incidencia y del diseño del espejo. ^{[ 2 ]}

Como se muestra en el GIF , el color transmitido se desplaza hacia el azul al aumentar el ángulo de incidencia. En cuanto a la interferencia en el índice de alta reflectividad${\displaystyle n_{1}}$medio, este desplazamiento al azul viene dado por la fórmula

${\displaystyle 2n_{2}d_{2}\cos \left(\theta _{2}\right)=m\lambda }$,

dónde${\displaystyle m\lambda }$es cualquier múltiplo de la longitud de onda transmitida y${\displaystyle \theta _{2}}$es el ángulo de incidencia en el segundo medio. Véase interferencia de película delgada para una derivación. Sin embargo, también hay interferencia en el medio de bajo índice de refracción. La mejor reflectividad se dará en ^{[ 3 ].}

${\displaystyle \lambda _{\perp }/\lambda _{\theta }={\frac {cos(\theta _{2})+cos(\theta _{1})}{2}}\approx {\sqrt {1-{\frac {sin^{2}(\theta )}{n^{2}}}}}}$,

dónde${\displaystyle \lambda _{\perp }}$es la longitud de onda transmitida bajo un ángulo de incidencia perpendicular y

${\displaystyle n={\sqrt {\frac {2}{n_{1}^{-2}+n_{2}^{-2}}}}}$.

Las técnicas de fabricación de espejos dieléctricos se basan en métodos de deposición de película delgada . Las técnicas comunes son la deposición física de vapor (que incluye la deposición evaporativa y la deposición asistida por haz de iones ), la deposición química de vapor , la deposición por haz de iones , la epitaxia de haz molecular , la deposición por pulverización catódica y la deposición sol-gel. ^{[ 4 ]} Los materiales comunes son fluoruro de magnesio ( n = 1,37) , dióxido de silicio ( n = 1,45) , pentóxido de tantalio ( n = 2,28) , sulfuro de zinc ( n = 2,32) y dióxido de titanio ( n = 2,4) .

Los espejos dieléctricos poliméricos se fabrican industrialmente mediante coextrusión de polímeros fundidos, ^{[ 5 ]} y mediante recubrimiento por centrifugación ^{[ 6 ]} o recubrimiento por inmersión ^{[ 7 ]} a menor escala.

• Reflector de Bragg distribuido : estructura utilizada en guías de onda. 
• Filtro dicroico : filtro óptico selectivo de longitud de onda. Páginas que muestran breves descripciones de destinos de redirección. 
• Espejo perfecto : espejo que solo refleja la luz sin absorción ni transmisión. 
• Filtro Rugate : espejo dieléctrico que refleja selectivamente un rango particular de longitud de onda de la luz. 

• Código rápido para el cálculo de la reflectividad y dispersión de espejos dieléctricos.