Các lớp phủ chống phản quang trên kính là gì, tác dụng cụ thể ra sao

Câu hỏi:

    Tôi thường thấy trên các thiết bị quang học và các loại kính thiên văn, ống nhòm, máy ảnh, máy quay phim..... có ghi các thông tin hoặc số liệu như Coated Lens, Fully Coated Lens, Multi Coated, Fully Multi-Coated Optics.... vậy các thông tin trên là gì, có vai trò như thế nào đối với các thiết bị quang học.

Trả lời:

    Các thông tin trên cho biết về thiết kế của các lớp tráng phủ chống phản quang, chúng cho biết khả năng chống phản quang (phản xạ ánh sáng) của thiết bị quang học. Khi các tia sáng tiếp xúc với bề mặt thủy tinh quang học hoặc các loại chất lỏng chiết quang theo một góc nhỏ hơn 180 độ, lúc này sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ ánh sáng, một phần các tia sáng sẽ chiếu xuyên qua vật liệu, phần còn lại sẽ bị thất thoát trong quá trình truyền dẫn, nguyên nhân thất thoát chủ yếu do yếu tố phản quang hay còn gọi là hiện tượng phản xạ ánh sáng gây ra. Hiện tượng phản xạ ánh sáng làm cường độ sáng bị giảm sút mạnh qua mỗi lần gặp bề mặt thủy tinh hoặc chất lỏng có chiết suất khác với môi trường truyền dẫn ban đầu (mặc định môi trường ban đầu là không khí), khi cường độ ánh sáng giảm sút, đồng nghĩa với việc chất lượng ảnh bị kém đi, mức độ thất thoát ánh sáng càng lớn thì ảnh thu được càng cho chất lượng kém. Để khắc phục vấn đề trên, các nhà sản xuất thiết bị quang học trong các lĩnh vực như: kính thiên văn, ống nhòm, kính hiển vi, các thiết bị quan trắc và nhiều lĩnh vực khác đã phải dày công nghiên cứu các lớp tráng phủ để giảm thiểu hiện tượng phản xạ không mong muốn. Các lớp tráng phủ chống phản quang có tác dụng rất tốt trong việc chống lại sự phản xạ ánh sáng, do ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt, nên các nhà nghiên cứu đã lợi dụng tính chất sóng của ánh sáng để thiết kế và chế tạo các lớp tráng phủ có khả năng biến đổi các bước sóng ánh sáng sau khi bị phản xạ sang bước sóng khác với bước sóng ban đầu, tránh cho việc sóng phản xạ dội lại triệt tiêu các sóng cùng tần số nhưng lại đến sau (nằm trong các tia sáng tới). Sự khác biệt về hiệu quả truyền sáng giữa vật liệu có tráng phủ chống phản quang và không có tráng phủ chống phản quang là rất lớn, mức khác biệt thậm chí còn có sự cách biệt lớn hơn nhiều nhiều đối với lớp tráng phủ chống phản quang đa lớp (Multi-Coated Layers)  hoặc tráng phủ chống phản quang đa lớp đầy đủ (Fully Multi-Coated Layers).

    Xin hãy xem hình dưới để thấy rõ sự khác biệt giữa thấu kính có tráng phủ chống phản quang đa lớp đầy đủ và thấu kính chỉ được tráng phủ một lớp chống phản quang sơ sài dưới cùng một nguồn sáng. Thấu kính bên trái cho thấy hiệu quả chống phản quang và chất lượng ảnh qua kính rất tốt, hình ảnh trong suốt và không bị lóa. Thấu kính bên phải cho thấy rất nhiều ảnh mờ và lóa gây ra bởi hiện tượng phản xạ không mong muốn, khiến cho chất lượng ảnh kém và mức giảm sút mạnh (hiện tượng này còn thể hiện rõ ràng nữa nếu đó là thấu kính không có tráng phủ):

    Ngoài ra, do mỗi lớp tráng phủ chống phản quang chỉ có thể đảm nhiệm khả năng chống phản quang cho một bước sóng tương ứng trong dải sóng ánh sáng tự nhiên. Vì vậy, để đảm bảo hiệu quả chống phản quang được tốt hơn, cần phải phủ nhiều lớp lên kính hoặc các vật liệu tương ứng để tăng cường khả năng chống phản xạ tại từng bước sóng ánh sáng.

    Giá thành cho việc tráng phủ để có thấu kính tráng phủ đa lớp (Multi-Coated Lens) hoặc tráng phủ đa lớp đầy đủ (Fully Multi-Coated Lens) cao hơn rất nhiều lần so với thấu kính chỉ được tráng phủ một lớp (Fully Coated Lens hoặc Coated Lens), giá thành để thực hiện có thể cao hơn từ 5 đến vài trăm lần tùy thuộc vào thành phần vật liệu lớp tráng phủ và vật liệu được tráng phủ, điều này lý giải tại sao các sản phẩm quang học có các thành phần kính tráng phủ chống phản quang nhiều lớp lại đắt tiền hơn nhiều so với loại tráng phủ đơn hoặc không có tráng phủ, lẽ tất nhiên là tiền nào thì của ấy (tạm bỏ qua các yếu tố kỹ thuật khác khi đánh giá). Thiên Văn Việt sẽ tiếp tục đánh giá các yếu tố kỹ thuật liên quan này trong các câu hỏi khác của chuyên mục.

    Sự khác biệt về khả năng truyền dẫn ánh sáng giữa vật liệu được tráng phủ đa lớp đầy đủ (cho phép trên 99.5% ánh sáng truyền qua tại mỗi mặt tiếp xúc) và vật liệu tráng phủ đa lớp (đa phần vật liệu  cho phép trên 98% ánh sáng truyền qua tại mỗi mặt tiếp xúc) không quá lớn như đối với vật liệu không được tráng phủ (Tùy theo loại vật liệu mà mức độ truyền dẫn chỉ đạt khoảng 80 đến 95 phần trăm lượng sáng truyền qua tại mỗi mặt tiếp xúc). Về lý thuyết, nếu ánh sáng chỉ đơn thuần truyền qua một bề mặt kính hoặc vật liệu thì mức thất thoát này đôi khi có thể chấp nhận được, nhưng trong thực tế, ánh sáng luôn phải “vất vả” truyền dẫn xuyên qua rất nhiều bề mặt mới có thể đến được nơi cần đến, nên mức thất thoát ánh sáng là rất lớn, do đó có thể dễ dàng phân biệt được sự khác biệt về chất lượng ảnh mang lại qua kính có tráng phủ và kính không có trang phủ chống phản quang khi quan sát.

    Hình dưới cho thấy sự khác biệt rất lớn giữa các bộ vật kính có các thấu kính có tráng phủ lớp chống phản quang Fully Coated Lens, tráng phủ đa lớp Multi Coated Lens và tráng phủ đa lớp đầy đủ Fully Multi-Coated Lens. Tỷ lệ ánh sáng bị phản chiếu lại gây giảm sút chất lượng ảnh qua thấu kính được thể hiện rõ rệt trên từng mẫu, nếu ảnh phản chiếu càng rõ, chứng tỏ lượng ánh sáng bị phản xạ dội lại càng nhiều, lượng ánh sáng còn lại xuyên được qua hệ thấu kính càng ít và mức độ gây giảm sút chất lượng ảnh càng lớn.

Thứ tự sắp xếp mẫu:

    Vật kính phía trên cùng là các thấu kính được tráng phủ đa lớp (Multi-Coated Lens) - các thiết bị quang học có thành phần kính dạng này giá thành khá cao, nhưng khả năng chống phản quang và chất lượng rất tốt.

    Vật kính phía dưới, nằm bên trái là các thấu kính được tráng phủ lớp chống phản quang (Fully Coated Lens) - giá thành vừa phải, chất lượng chấp nhận được, thường dành cho các sản phẩm phổ thông tầm trung (các sản phẩm rẻ tiền thì thông thường không có lớp tráng phủ chống phản quang nào).

    Vật kính phía dưới, nằm bên phải là các thấu kính được tráng phủ chống phản quang đa lớp đầy đủ Fully Multi-Coated Lens - có chất lượng tốt nhất, giá thành sản xuất các thiết bị quang học có thành phần kính dạng này rất cao, thường chỉ dành cho các thiết bị quang học cao cấp (lẽ tất nhiên tiền nào thì của đấy).

    Kết luận: Lớp tráng phủ chống phản quang có vai trò rất quan trọng đối với các thiết bị quang học, đây là một trong những yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng ảnh, giá cả và hiệu năng của thiết bị, cần chú ý khi cân nhắc lựa chọn thiết bị hoặc tham khảo thêm ý kiến của các chuyên gia khi cần thiết.

Trân trọng!

 Nhóm tác giả: Thiên Văn Việt (www.thienvanviet.com)