Fabricación de lentes

Practica 4

Objetivo

Visitar los laboratorios de películas delgadas y taller óptico, donde conoceremos el proceso de fabricación de películas delgadas y lentes.

También se hará la medición de las películas delgadas de elementos ópticos por medio de la interferencia de haces múltiples.

Material

En el laboratorio académico

1. Fuente de luz de sodio.

2. Cámara digital

3. Montura especial con tres puntos de apoyo

4. Vidrio esmerilado

5. Placa de vidrio aluminizada

6. Placa de vidrio en donde a la mitad de la placa se depositó una película delgada y luego se cubrió toda la placa con una capa de aluminio

7. Fuente de luz de mercurio

Introducción

Al espesor de algún recubrimiento que se mide por medios mecánicos (por ejemplo, con un perfilómetro o con un microscopio de fuerza atómica) u ópticos de reflectancia (por ejemplo, por microscopía interferencial de reflectancia) de la película delgada, se le llama espesor físico 𝑡𝑡; mientras que, si dicho espesor se mide mediante un método óptico de transmitancia, se dice que es un espesor óptico 𝑇𝑇. Ambos espesores están relacionados por el índice de refracción 𝑛𝑛 según la ecuación:

[pic 1]

El objetivo de esta práctica es el observar el depósito de una película delgada y medir el espesor óptico de la misma.

Visitas

Películas delgadas

Se generan las películas delgadas por medio de un proceso físico, el cual consiste en la evaporación de una material por medio de un arco eléctrico.

Dentro de la cámara tenemos dos crisoles, uno para materiales con bajo punto de ebullición y otro para material con menor punto de ebullición. Los metales son capaces de evaporarse, debido al vacío generado dentro de la cámara.

Para colocar el material a recubrir se tiene una campaña o estructura donde se colocan las superficies. Se deben colocar con la mayor limpieza posible, ya que si contiene agua o grasa las superficies, el vacío no se logrará fácilmente.

Para generar el vacío se tienen dos bombas, la principal es hidráulica y la secundaria es una convencional de alabes. Y se hacen funcionar simultáneamente.

Luego de lograr el vacío se enciende un filamento de tungsteno, el cual despide átomos de tungsteno a alta velocidad, los cuales chocan con las partículas de agua en las superficies y los remueve.

Luego se comienza a evaporar el material y este se deposita en la superficies, se condensa, la cantidad de depósito se calcula por medio balanzas de cuarzo, una en el tope de la cámara y otra en un costado. Las balanzas son vidrios de cuarzo que se hacen vibrar y  al ser contaminadas por la condensación del material, cambian sus frecuencias; las cuales se comparan con un cristal de referencia.

 Los valores del espesor de los depósitos son del orden de 1000 Amstrong y se calculan con la siguiente relación:  Espesor físico= espesor óptico/n.

La cantidad de depósito se hace manual, se muestra en una pantalla y se va ajustando la corriente del arco eléctrico para ajustar la velocidad a la cual se deposita el material y se detiene cuando se acerca al valor deseado.

Para nuestro recubrimiento usaremos:

La película antireflectora el vidrio en lugar de reflejar 4% refleja 1%

Se usa cinta especial para sujetar los sustratos, es de silicon.

La mayor sensibilidad el ojo es a 550 no y vamos a poner a un cuarto de este valor.

Ef=550/4/1.38=99.6

Taller de lentes

Los materiales ópticos llegan en bloques grandes y s vean cortando de acuerdo a las necesidades, en este punto no es tan importante el método de corte. Tomando en cuenta que en la fabricación de una lente se necesita crear una lente que la complemente, cuya única función es ayudar en el pulido.

Para darles la forma, cóncava o convexa, se usan herramientas de corte de diamante, las cuales están montadas en máquinas especiales que pueden mover el eje de corte en ángulo.

Después se les da la forma redondeada de las orillas con otra maquina con la misma herramienta de corte pero especial para darles la forma. En este proceso la lente se sujeta con cera, una mezcla creada por el laboratorio, la cual se calienta para pegar la lente y se libera con un golpe. En la creación de lentes se tiene un rango de tamaños para la fabricación, que va de 90 cm a 5 mm de diámetro.

Al terminar el proceso anterior se lleva al área de pulido, donde se revisan las tolerancias por medio de micrómetros, si pasa el control se colocan en una maquina que genera un vaivén. La lente es colócala con su contraparte de modo que las formas se complementan (cóncava-convexa) y se les lubrica con un abrasivo que con tamaño de partículas de 25, 15, 9, 5 o 3 micrómetros.

Al finalizar se revisan con una lupa, si es correcto el acabado se pasa la lente al cuarto d e pulido final.

En ese cuarto se pule la lente contra una superficie de un material a base de chapopote, la contraparte d ella lente ya no se usa aquí, de igual manera se usan lubricantes con abrasivos, pero con un tamaño de partícula de 0.5, 0.3 o 0.5 micrómetros ( se logran variaciones de 20 lambda).

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