Buğulanmayı ve Yansımaları Önleyen Optik Kaplama
Araştırmacılar, buğu ve yansıma önleyici özellikleri bir araya getiren bir optik kaplama sistemi geliştirdi. Yeni teknoloji, lidar sistemlerinin ve kameraların performansını artırmaya yardımcı olabilir.
Almanya’nın Jena kentinde bulunan Fraunhofer Uygulamalı Optik ve Hassas Mühendislik Enstitüsü ve Jena Friedrich Schiller Üniversitesi’nden araştırma ekibi lideri Anne Gärtner, “Dışarıdaki soğuktan sıcak bir odaya girmek gözlüklerin buğulanmasına yol açarak
görmeye engel olabilir” dedi. “Aynı durum otonom araçlarda kullanılan lidar sistemleri gibi sensörler için de geçerli olabilir. Buğulanma meydana gelse bile yüzeylerin son derece şeffaf kalması önemlidir, böylece işlevsellik korunur.”
Applied Optics’te Gärtner ve meslektaşları, buğulanmayı önleyen bir polimer kaplamayı, yansımaları azaltan gözenekli silikon dioksit nano yapılarla nasıl birleştirdiklerini anlatıyor. Makalede açıklanan kaplamalar özellikle lidar sistemleri için tasarlanmış olsa da, geliştirilen teknoloji birçok farklı uygulama için uyarlanabilir.
Gärtner, “Kaplama sistemimizde buğulanma ve yansıma önleyici özellikler mükemmel bir şekilde bir araya getirilmiştir ki bu daha önce mümkün olmayan bir şeydi” dedi. “Bu yeni kaplama teknolojisiyle üretilen numuneler, dünya çapında çeşitli iklim koşullarında çalışan çeşitli havadan lidar prototiplerinde bir yıldır başarıyla kullanılıyor.”
Makalede açıklanan kaplama sistemi, Heerbrugg, İsviçre’deki Leica Geosystems tarafından belirlenen bir ihtiyaca yanıt olarak geliştirildi. Leica Geosystems, arazi ve şehir haritalama için kullanılan havadan lidar ölçüm sistemleri geliştirmektedir.
Ortam ile ölçüm sistemi arasında aşırı sıcaklık farkları olduğunda, bazen optik yüzeylerde buğulanma meydana gelmekte ve işlevselliği bozmaktadır. Gärtner’in ekibi Leica Geosystems ile işbirliği yaparak buğulanmanın yanı sıra istenmeyen ışık yansımalarını da kontrol eden bir çözüm geliştirdi.
Gärtner, “Su rezervuarı görevi görerek optik yüzeyde buğulanmayı önleyen bir polimer kullandık. Ancak, polimer malzemenin ve çevresindeki havanın kırılma indislerindeki farklılıklar istenmeyen yansımalara ve hayalet ışığa yol açıyor. Bu yansımaları önlemek
için, buğu önleyici filmi 320 nm yüksekliğe kadar çok küçük yapılarla birleştirerek su geçirgenliği ile birlikte yansıma önleyici bir etki yarattık.”
Çok işlevli kaplama sistemini yapmak için araştırmacılar Fraunhofer Uygulamalı Optik ve Hassas Mühendislik Enstitüsü’nde geliştirilen AR-plas2 teknolojisini uyguladılar. Bu teknoloji, çeşitli nano yapıların üst üste oluşturulmasına olanak tanıyor. Süreç, buğu önleyici kaplamanın içine bir nano yapının aşındırılmasını ve ardından üstüne ikinci bir nano yapının üretilmesini içeriyordu.
Bu teknolojiyle, geniş bir spektral aralıkta çok düşük yansıma elde etmek üzere çift nano yapının tasarımını uyarlamak için nano yapıların kırılma indislerini ayarlamak mümkündür.
Araştırmacılar, spektrofotometre ile elde edilen yansıma ölçümlerini ve optiğin yansıma önleyici/ buğu önleyici tarafını ısıtılmış su üzerinde tuttuktan sonra elde edilen buğu ölçümlerini kullanarak kaplama sistemlerinin yansıma ve buğu önleyici etkilerini test ettiler.
Bu laboratuvar testleri, çok katmanlı sistemin geniş bir spektral aralıkta çok düşük yansıma sergilediğini göstermiştir ki bu tek bir nano yapı ile imkansızdır. Ayrıca, nano yapılar kaplamanın buğu önleyici özelliklerini etkilememiştir.
Yapılar standart bir plazma-iyon destekli kaplama makinesinde üretildiğinden, yeni geliştirilen teknoloji ticari üretim süreçlerine kolayca dahil edilebilir. Bu kaplama teknolojisi, halihazırda birkaç lidar prototip sisteminde uygulanmasının yanı sıra, son teknoloji akıllı telefon kameralarında kullanılıyor.
Araştırmacılar, şimdi kaplama sisteminin otomotiv sektöründeki uyarlanabilir aydınlatma
sistemleri veya kuantum bilgisayarların geliştirilmesi gibi diğer alanlara nasıl aktarılabileceğini araştırıyor.
Gärtner, “Optik sistemler giderek daha karmaşık hale geliyor ve dolayısıyla görüntü kalitesine yönelik talepler de artıyor” dedi. “Nano yapılarla, geleneksel kaplamalarla çoğu zaman mümkün olmayan etkileyici sonuçlarla yansıma önleyici özellikler elde edilebilir. Son yıllarda edindiğimiz temel anlayışla, nanoyapılı kaplamaları gerçek hayatta uygulamaya taşıyabileceğimizden eminiz.”
Akademik Referans: Anne Gärtner et al, Combined antifogging and antireflective double nanostructured coatings for LiDAR applications, Applied Optics (2022). DOI: 10.1364/AO.476974
Kaynak
