interferencia de película delgada

La interferencia de película delgada ocurre cuando la luz se refleja en las superficies superior e inferior de una capa transparente, típicamente entre 100 nanómetros y varios micrómetros de espesor, y las ondas reflejadas interfieren entre sí. Cuando estos rayos reflejados se recombinan, se refuerzan o se cancelan dependiendo de su diferencia de trayectoria, creando bandas brillantes y oscuras o colores. Este es el principio físico detrás de las manchas de aceite en el agua, las burbujas de jabón y los recubrimientos en la óptica de precisión.

El efecto depende críticamente de tres factores: el espesor de la película, la longitud de onda de la luz y el índice de refracción del material de la película en relación con su entorno. La interferencia constructiva ocurre cuando la diferencia de trayectoria óptica entre las dos ondas reflejadas es igual a un múltiplo entero de la longitud de onda; la interferencia destructiva ocurre en múltiplos de media longitud de onda. Debido a que diferentes longitudes de onda satisfacen estas condiciones a diferentes espesores de película, la luz blanca que pasa a través de una película delgada se divide en sus colores espectrales, produciendo los efectos iridiscentes visibles en la naturaleza y en los recubrimientos ópticos.

Aplicaciones industriales y control

Los ingenieros ópticos explotan la interferencia de película delgada para fabricar recubrimientos antirreflectantes y espejos de alta reflexión. Un recubrimiento antirreflectante típico en lentes de cámara consiste en una capa de un cuarto de onda, donde el espesor es igual a un cuarto de la longitud de onda objetivo en el material de la película. Los recubrimientos multicapa, que utilizan materiales alternos con índices de refracción contrastantes, extienden el efecto a rangos de longitud de onda más amplios. El vidrio con un índice de refracción estándar de 1.5 puede recubrirse con fluoruro de magnesio (índice de refracción 1.38) o sulfuro de zinc (índice de refracción 2.3) para lograr el rendimiento óptico deseado.

Se debe tener en cuenta el cambio de fase durante la reflexión en los límites. Cuando la luz se refleja en un medio más denso, se produce un cambio de fase de 180 grados (o media longitud de onda) en esa interfaz; no se produce ningún cambio de fase al reflejarse en un medio menos denso. Este cambio altera qué espesores de película producen interferencia constructiva versus destructiva, y su ignorancia lleva a recubrimientos que funcionan de manera opuesta a su intención.

El término surge de tratar la película como suficientemente delgada para que ambas reflexiones ocurran desde límites bien definidos en lugar de desde una estructura interna dispersa. Una vez que las películas exceden unos pocos micrómetros, la coherencia entre las dos ondas reflejadas se degrada y el patrón de interferencia se vuelve indistinto. Los factores ambientales, especialmente los cambios de temperatura que alteran el espesor de la película o el índice de refracción, pueden cambiar las condiciones de interferencia y degradar el rendimiento óptico en instrumentos de precisión.