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Empresas de recubrimientos ópticos
Torrent Photonics
Soluciones ópticas y fotónicas de precisión para sistemas de imagen, detección y localización de objetivos en el ámbito de la defensa
Silver Partner
Panorama general de los recubrimientos ópticos para sistemas ópticos de defensa y militares
Introducción a los recubrimientos ópticos MIL-SPEC
Los recubrimientos ópticos son finas capas de material que se aplican a lentes, ventanas, espejos, filtros y otros componentes ópticos para controlar la forma en que la luz interactúa con sus superficies. Dependiendo del diseño, un recubrimiento puede aumentar la transmisión, reducir los reflejos no deseados, seleccionar bandas de longitud de onda concretas, controlar la polarización o proteger una superficie óptica expuesta.
En los sistemas militares y de defensa, los recubrimientos ópticos de precisión se utilizan en ópticas de imagen, detección, puntería, láser, vigilancia y control de fuego, donde los requisitos de rendimiento suelen ir más allá de la simple transmisión o reflectancia. En función de la aplicación, es posible que los recubrimientos también deban ofrecer resistencia a la abrasión, resistencia a la humedad, durabilidad frente a las condiciones ambientales, baja absorción y un rendimiento estable ante cambios de temperatura y de ángulo de incidencia.
Funciones principales de los recubrimientos ópticos en los sistemas de defensa
Aumento de la transmisión óptica
Recubrimientos ópticos de precisión de Torrent Photonics
Los recubrimientos antirreflectantes reducen la reflexión en las interfaces ópticas, de modo que una mayor proporción de la luz incidente atraviesa el componente, lo que contribuye a preservar el rendimiento óptico y la calidad de la imagen. Los recubrimientos antirreflectantes (AR) revisten especial importancia en los sistemas de imagen de múltiples elementos, en los que los reflejos procedentes de numerosas superficies pueden, de otro modo, reducir la transmisión y el contraste de la imagen, mientras que los recubrimientos AR de banda ancha pueden utilizarse cuando un conjunto óptico debe funcionar de manera eficiente en un rango espectral más amplio.
Control de la reflexión
Los recubrimientos de espejos y otras películas delgadas reflectantes se utilizan para redirigir la luz, manteniendo al mismo tiempo el nivel de eficiencia óptica que requiere el sistema. Los recubrimientos de los espejos ópticos pueden utilizar materiales metálicos o dieléctricos en función de factores como el rango de longitudes de onda, la reflectividad requerida, la exposición ambiental y la potencia del láser; los recubrimientos metálicos para espejos suelen seleccionarse por su amplia respuesta espectral, mientras que los recubrimientos dieléctricos son capaces de proporcionar una reflectividad muy elevada en bandas de longitudes de onda más estrictamente controladas.
Selección y rechazo de longitudes de onda
Los recubrimientos de filtros ópticos controlan qué regiones espectrales se transmiten y cuáles se reflejan o atenúan, lo que permite a los sensores y a los sistemas ópticos aislar las longitudes de onda útiles para la obtención de imágenes, la medición de distancias, la discriminación de objetivos o la detección de láser. Los recubrimientos espectrales pueden proporcionar respuestas de filtro de paso de banda, de paso largo, de paso corto, de muesca y otras, mientras que los recubrimientos dicroicos utilizan la reflexión y la transmisión dependientes de la longitud de onda para separar o combinar diferentes bandas espectrales dentro de la misma arquitectura óptica.
Gestión de la polarización
Ciertos recubrimientos de interferencia óptica están diseñados para producir respuestas diferentes según los distintos estados de polarización, lo que los hace útiles en divisores de haz polarizadores, sistemas láser, conjuntos de imagen y otros instrumentos ópticos. Su rendimiento depende en gran medida del ángulo de incidencia, la arquitectura del recubrimiento y la longitud de onda, especialmente cuando se requiere un comportamiento controlado para la luz polarizada en s y en p.
Protección de superficies ópticas
Recubrimientos con alto umbral de daño por láser de Torrent Photonics
Los recubrimientos ópticos duros pueden proteger lentes, ventanas y otras superficies ópticas expuestas frente a la abrasión, la humedad, la contaminación y la degradación ambiental, al tiempo que conservan el rendimiento óptico requerido. Los recubrimientos resistentes a la abrasión son especialmente importantes en ventanas externas expuestas a arena, polvo, limpieza, manipulación y partículas en suspensión, mientras que los recubrimientos resistentes a la humedad pueden ayudar a mantener el rendimiento en condiciones ambientales húmedas, marítimas y de rápida variación.
Control de la luz parásita y las firmas ópticas
Los recubrimientos ópticos pueden reducir los reflejos fantasma, la dispersión no deseada y la luz parásita que, de otro modo, degradarían el rendimiento del detector o el contraste de la imagen, mientras que los recubrimientos de baja absorción ayudan a preservar el rendimiento óptico y a limitar el calor generado dentro del propio recubrimiento. Los recubrimientos de filtro cuidadosamente diseñados también pueden controlar la cantidad y la composición espectral de la luz que llega a los detectores sensibles y, en algunos sistemas ópticos de defensa, el diseño del recubrimiento puede contribuir además a reducir los reflejos visibles desde el exterior procedentes de las superficies ópticas expuestas.
Tipos clave de recubrimientos ópticos
Las diferentes tecnologías de recubrimiento óptico están optimizadas para requisitos ópticos, espectrales, ambientales y de durabilidad específicos, por lo que el diseño más adecuado depende de la función que desempeñe el componente recubierto dentro del sistema en su conjunto.
| Tipo de recubrimiento | Función principal | Comportamiento espectral | Usos típicos en el ámbito de la defensa |
| Recubrimientos antirreflectantes | Reducen el reflejo superficial y aumentan la transmisión | Mejora de la transmisión en banda estrecha o banda ancha | Lentes de imagen, ventanas ópticas, sensores y miras de armas |
| Recubrimientos de alta reflectancia | Maximizan la reflexión de una superficie óptica | Banda de longitudes de onda optimizada o respuesta metálica amplia | Espejos, sistemas láser y conjuntos de desviación de haz |
| Recubrimientos parcialmente reflectantes | Dividen la potencia óptica incidente entre las trayectorias de reflexión y transmisión | Reflexión y transmisión controladas | Cavidades láser, instrumentos ópticos y sistemas de control de haz |
| Recubrimientos para divisores de haz | Dividen o combinan las trayectorias ópticas | Relación definida entre reflexión y transmisión | Sistemas de puntería, conjuntos de imagen y óptica láser |
| Recubrimientos dicroicos | Separan o combinan bandas de longitud de onda seleccionadas | Reflejar bandas seleccionadas mientras se transmiten otras | Sensores multiespectrales, sistemas láser y óptica electroóptica/infrarroja (EO/IR) |
| Recubrimientos de filtros ópticos | Seleccionan o rechazan regiones espectrales definidas | Respuesta de paso de banda, paso largo, paso corto o notch | Sensores, detectores y sistemas de imagen |
| Recubrimientos de polarización | Control de la respuesta óptica en función del estado de polarización | Comportamiento diferente para distintos estados de polarización | Óptica láser, polarizadores y divisores de haz |
| Recubrimientos ópticos protectores | Mejoran la durabilidad de la superficie al tiempo que preservan el rendimiento óptico | Diseñados para minimizar el impacto en la transmisión óptica | Ventanas, cúpulas y lentes expuestas |
| Recubrimientos absorbentes y de control de la luz | Reducen la energía óptica no deseada | Atenuación general o selectiva | Control de la luz parásita y protección de los detectores |
Aplicaciones de los recubrimientos ópticos en el ámbito militar y de defensa
Sistemas láser
Los recubrimientos láser se utilizan en espejos, ventanas, lentes, divisores de haz y otros componentes ópticos láser para controlar la reflexión, la transmisión y el recorrido del haz a lo largo del sistema óptico. Los recubrimientos para láseres de alta potencia plantean requisitos especialmente exigentes en cuanto a la absorción y al umbral de daño inducido por el láser, ya que una absorción excesiva puede generar calor y aumentar el riesgo de daños ópticos, mientras que el propio recubrimiento puede optimizarse para una única longitud de onda del láser o para una banda de funcionamiento definida.
Sistemas de imagen y sensores
Los sistemas de imagen dependen de los recubrimientos ópticos para mantener la transmisión, suprimir los reflejos no deseados y aislar la información espectral útil antes de que la luz llegue al detector. Los recubrimientos ópticos para el espectro visible, ultravioleta e infrarrojo pueden aplicarse a lentes, ventanas de detectores, filtros y aberturas protectoras, mientras que los recubrimientos ópticos para el infrarrojo son especialmente importantes en materiales como el germanio y otros sustratos infrarrojos, en los que la reflexión de la superficie sin recubrimiento puede ser considerable.
Miras de armas y óptica de observación
Los recubrimientos de lentes militares se utilizan en visores de rifle, sistemas de observación, ópticas de telemetría, miras y otros equipos visuales o asistidos por sensores para mejorar la transmisión y controlar los reflejos no deseados. Los tratamientos superficiales duraderos también pueden proteger los componentes ópticos expuestos contra la abrasión y la contaminación, mientras que los sistemas integrados de control de fuego pueden utilizar filtros espectrales estrechos, recubrimientos para divisores de haz y recubrimientos para láser dentro de conjuntos combinados de puntería, telemetría y detección.
Sistemas ópticos aerotransportados
Los sistemas electroópticos aéreos utilizan recubrimientos en las ventanas de los sensores, la óptica de puntería, las aberturas láser y los conjuntos de imagen, donde deben preservar el rendimiento espectral requerido al tiempo que funcionan en condiciones mecánicas y ambientales exigentes. Dependiendo de la plataforma, es posible que estos recubrimientos deban soportar vibraciones, cambios bruscos de temperatura, exposición a la humedad y flujos de aire a alta velocidad sin que se produzca una degradación significativa de su comportamiento óptico.
Sistemas navales y marítimos
Los sistemas ópticos navales pueden requerir recubrimientos ópticos de alta durabilidad capaces de mantener su rendimiento en entornos húmedos y salinos, especialmente cuando las ventanas o los espejos están expuestos a la contaminación por sal y a limpiezas repetidas. Los recubrimientos de oro protegidos y otros recubrimientos para espejos infrarrojos pueden utilizarse cuando se requiere una alta reflectividad infrarroja, mientras que las ventanas ópticas expuestas pueden necesitar protección adicional contra la humedad, la contaminación superficial y el desgaste mecánico.
Sensores terrestres
Los sensores terrestres de vigilancia, localización de objetivos y control de fuego utilizan recubrimientos ópticos para optimizar la transmisión en el espectro visible e infrarrojo, el filtrado espectral y el rendimiento de los detectores en una amplia gama de condiciones de funcionamiento. Las ventanas ópticas externas también pueden requerir recubrimientos duros, resistentes a la humedad y a la abrasión cuando los equipos están expuestos al polvo, los residuos, la manipulación y otras tensiones ambientales.
Óptica de gran altitud y espacial
Los sistemas ópticos de gran altitud y espaciales plantean requisitos exigentes en cuanto a la estabilidad del recubrimiento, la precisión espectral y el comportamiento térmico, ya que los componentes ópticos pueden verse sometidos a amplios rangos de temperatura, condiciones de vacío y exposición prolongada a la radiación. Por lo tanto, los recubrimientos ópticos multicapa pueden diseñarse para conservar sus características de transmisión o reflexión previstas en todas estas condiciones de funcionamiento, al tiempo que mantienen la respuesta espectral requerida.
Materiales para recubrimientos ópticos
Los materiales para recubrimientos ópticos se seleccionan en función del índice de refracción, la absorción, la longitud de onda de funcionamiento, el proceso de deposición, la durabilidad y la compatibilidad con el sustrato, y a menudo se utilizan combinaciones de materiales para lograr una respuesta espectral o ambiental específica.
- Materiales de recubrimiento dieléctricos: Las capas dieléctricas de índice bajo y alto pueden combinarse para crear efectos de interferencia controlados en recubrimientos antirreflectantes (AR), recubrimientos de espejos, filtros y divisores de haz.
- Materiales de recubrimiento metálicos: el aluminio, la plata y el oro proporcionan propiedades reflectantes en diferentes regiones espectrales y se utilizan ampliamente en recubrimientos de espejos ópticos en los que se requiere una reflexión amplia o dependiente de la longitud de onda.
- Materiales de recubrimiento de óxidos: Los óxidos se utilizan ampliamente en recubrimientos multicapa, ya que pueden proporcionar un contraste útil del índice de refracción, durabilidad ambiental y aplicabilidad en una amplia gama de longitudes de onda.
- Materiales de recubrimiento a base de fluoruro: Los materiales a base de fluoruro se utilizan cuando se requieren índices de refracción más bajos o características adecuadas de transmisión de rayos ultravioleta e infrarrojos dentro de una pila de recubrimientos.
- Materiales de recubrimiento semiconductores e infrarrojos: Se pueden seleccionar materiales especializados para recubrimientos ópticos infrarrojos y otras estructuras de película delgada específicas para determinadas longitudes de onda, en las que los materiales dieléctricos convencionales no resultan adecuados.
- Selección de materiales para estructuras de recubrimiento multicapa: Los recubrimientos ópticos de precisión combinan materiales con índices de refracción, absorción, tensiones internas y espesores de capa controlados para producir la respuesta espectral requerida, al tiempo que mantienen una durabilidad y estabilidad aceptables.
La selección de materiales también influye en la adhesión del recubrimiento, la resistencia ambiental, la estabilidad térmica y las tolerancias de fabricación que pueden alcanzarse en el componente óptico acabado.
Métodos y tecnologías de deposición
Las empresas de recubrimientos ópticos utilizan diversos métodos de deposición para producir películas finas con la densidad, la uniformidad, el control del espesor, la adhesión y las características ópticas que requiere el componente acabado.
- Deposición física de vapor: los recubrimientos depositados al vacío se producen transfiriendo el material de recubrimiento al sustrato óptico en un entorno controlado de baja presión, lo que permite formar capas finas con el espesor requerido.
- Evaporación por haz de electrones: un haz de electrones calienta y evapora el material de partida, lo que permite la deposición controlada de numerosos materiales de recubrimiento dieléctricos y metálicos sobre sustratos ópticos.
- Deposición asistida por iones: El bombardeo de iones durante la deposición puede aumentar la densidad del recubrimiento, mejorar la adhesión y potenciar la estabilidad frente a las condiciones ambientales en comparación con los procesos de evaporación convencionales.
- Pulverización catódica por haz de iones (IBS): Los recubrimientos ópticos IBS se producen utilizando un haz de iones de alta energía para pulverizar material a partir de un blanco, lo que permite obtener películas densas, un control preciso del espesor, una baja pérdida óptica y estructuras multicapa altamente controladas.
- Pulverización catódica con magnetrón: La pulverización catódica asistida por plasma deposita capas de recubrimiento densas y puede proporcionar un rendimiento repetible para recubrimientos ópticos multicapa que requieren una composición y un espesor controlados.
- Deposición por capas atómicas: La deposición por capas atómicas crea películas delgadas altamente controladas mediante reacciones superficiales secuenciales, lo que permite un control preciso del espesor y una cobertura conformada sobre superficies ópticas adecuadas.
- Deposición química en fase de vapor: La deposición química en fase de vapor forma recubrimientos mediante reacciones en las que intervienen precursores gaseosos en la superficie del sustrato o cerca de ella, seleccionándose las condiciones del proceso en función del material de recubrimiento y del sustrato.
La tecnología de recubrimiento óptico elegida depende de los materiales de recubrimiento, la geometría de los componentes, las tolerancias espectrales requeridas, el volumen de producción y el rendimiento ambiental y de durabilidad que se espera de la óptica acabada.
Novedades en la tecnología de recubrimientos ópticos
El desarrollo de la tecnología de recubrimientos ópticos sigue centrándose en mejorar la eficiencia óptica, la durabilidad, la cobertura espectral y el rendimiento en condiciones de funcionamiento cada vez más exigentes, especialmente a medida que los sistemas de defensa combinan más funciones de detección y láser en conjuntos ópticos compactos.
- Películas finas de mayor durabilidad: Se están desarrollando recubrimientos ópticos avanzados de alta durabilidad para lentes, ventanas y sensores expuestos a la abrasión, la contaminación, la humedad y otras condiciones de campo adversas, con el objetivo de preservar tanto el rendimiento óptico como el mecánico durante períodos de servicio prolongados.
- Recubrimientos multiespectrales de banda ancha: Los recubrimientos multicapa se diseñan cada vez más para gestionar la transmisión y la reflexión en múltiples bandas visibles e infrarrojas, lo que permite el funcionamiento de sistemas de sensores integrados que deben operar en rangos espectrales más amplios o combinados.
- Recubrimientos para láseres de mayor potencia: Los recubrimientos para láseres de alta potencia siguen haciendo hincapié en una menor absorción, un mejor comportamiento térmico y una mayor resistencia al daño inducido por el láser, de modo que los componentes ópticos puedan tolerar mayores densidades de potencia sin sufrir una degradación inaceptable.
- Recubrimientos ópticos de baja pérdida: Las mejoras en los materiales de recubrimiento, la preparación de la superficie, el control de la deposición y la repetibilidad del proceso están reduciendo la absorción y la dispersión en aplicaciones exigentes de láser, imagen y detección, en las que las pérdidas ópticas deben mantenerse al mínimo.
En conjunto, estos avances están propiciando el desarrollo de sistemas ópticos de defensa cada vez más compactos, multiespectrales y de alto rendimiento, al tiempo que imponen requisitos más estrictos en cuanto a la uniformidad, la repetibilidad, la durabilidad y la estabilidad ambiental de los recubrimientos en todo el conjunto óptico.
