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 o algún otro material óptico. Mediante una cuidadosa elección del tipo y espesor de las capas dieléctricas, se puede diseñar un recubrimiento óptico con una reflectividad específica en diferentes longitudes de onda de luz. Los espejos dieléctricos también se utilizan para producir espejos de ultraalta reflectividad: se pueden producir valores del 99,999% o mejores en una gama estrecha de longitudes de onda utilizando técnicas especiales. Alternativamente, se pueden hacer para que reflejen un amplio espectro de luz, como todo el rango visible o el espectro del láser de zafiro Ti.

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

Mecanismo

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 revestimientos antirreflectantes multicapa, que son pilas dieléctricas diseñadas para minimizar la reflectividad en lugar de maximizarla. Los espejos dieléctricos simples funcionan como cristales fotónicos unidimensionales, que consisten en una pila de capas con un alto índice de refracción intercaladas con capas de un bajo índice de refracción (ver diagrama). Los espesores de las capas se eligen de manera que las diferencias de longitud de trayectoria para los reflejos de diferentes capas de alto índice sean múltiplos enteros de la longitud de onda para la cual está diseñado el espejo. Las reflexiones de las capas de índice bajo tienen exactamente la mitad de una longitud de onda en la diferencia de longitud de trayectoria, pero hay una diferencia de 180 grados en el cambio de fase en un límite de índice bajo a alto, en comparación con un límite de índice alto a 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 tienen una estructura más complicada generalmente producida por optimización numérica. En este último caso también se puede controlar la dispersión de fases de la luz reflejada (un espejo chirriante). 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.

Los espejos dieléctricos exhiben retardo en función del ángulo de incidencia y el diseño del espejo.

Fabricación

Las técnicas de fabricación de espejos dieléctricos se basan en métodos de deposición de películas finas. Las técnicas comunes son la deposición física de vapor (que incluye la deposición por evaporación y la deposición asistida por haz de iones), la deposición química de vapor, la deposición por haz de iones, la epitaxia por haz molecular y la deposición por pulverización catódica. 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 y mediante recubrimiento por rotación o recubrimiento por inmersión a menor escala.