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光学工艺

窗口片/盖玻片/载玻片选择指南

时间:2024/3/8 13:16:00   作者:郑士利   来源:正势利   阅读:136   评论:0
内容摘要:序号材料推荐波长范围(nm)折射率(nd)色散系数(Vd)密度(g/cm^3)热膨胀系数(um/m°C)软化温度(°C)努氏硬度尺寸范围(mm)厚度范围(mm)1UV熔融石英200-22001.45867.72.20.5510005005-1001-82IR熔融石英200-35001.45967.82.20.52162...

序号 材料 推荐波长
范围(nm)
折射率
(nd)
色散系数
(Vd)
密度
(g/cm^3)
热膨胀系数
(um/m°C)
软化温度
(°C)
努氏硬度 尺寸范围
(mm)
厚度范围
(mm)
1 UV熔融石英 200-2200 1.458 67.7 2.2 0.55 1000 500 5-100  1-8
2 IR熔融石英 200-3500 1.459 67.8 2.2 0.52 1627 522 12.7-50.8 1
3 Supril 300 200-3500 1.459 67.8 2.2 0.51 1600 591 5-50  1-3
4 N-BK7 350-2200 1.517 64.2 2.46 7.1 557 610 5-150 0.2-8
5 B270 350-2000 1.523 58.5 2.55 8.2 533 542 5-75x75  1-3
6 BOROFLOAT 350-2000 1.472 65.7 2.2 3.25 820 480 5-200 1.1-6.5
7 Gorilla Glass 350-2200 1.509 N/A 2.44 9.1 843 5100 5-200x200 1.1
8 蓝宝石 200-5500 1.768 72.2 3.97 5.3 2000 2200 2.5-7.5 0.4-3.2
9 锗(Ge) 2000-14000 4.003 N/A 5.33 6.1 936 780 10-76.2  1-5
10 硒化锌(ZnSe) 600-18000 2.403 N/A 5.27 7.1 250 120 10-75  1-6
11 溴化钾(KBr) 250-26000 1.527 33.6 2.75 43 730 7 13-50  1-5
12 硅(Si) 1200-7000 3.422 N/A 2.33 2.55 1500 1150 10-50  1-3
13 氯化钠(NaCl) 250-16000 1.491 42.9 2.17 44 801 18.2 13-50  1-5
14 硫化锌(ZnS) 400-12000 2.631 N/A 5.27 7.6 1525 120 12.5-50  2-4
15 氟化镁(MgF2) 120-7000 1.413 106.2 3.18 13.7 1255 415 5-50  1-3
16 氟化钡(BaF2) 200-14000 1.475 81.6 4.89 18.1 800 82 5-50  1-3
17 氟化钙(CaF2) 200-7000 1.434 95.1 3.18 18.85 800 158.3 5-75  1-5

窗口片选择主要考虑的因素包括基底材料镀膜选择、光学与机械的精度

基底材料:
选择窗口衬底时的主要考虑因素包括材料的折射率、色散和传输范围。
折射率:
是光通过光学材料时如何减速的一种描述。低折射率的材料通常被称为“冕牌玻璃”,与高折射率的材料相比,这些材料的无镀膜反射更少。对于大多数窗口片应用来说低折射率是首选。
色散:
是折射率随波长变化的一种描述。使用阿贝数(Abbe)或Vd表示。被定义为(nd-1)/(nF-nC);nF、nd和nC分别是在486.1nm(氢F线),587.6nm(氦线)和656.3nm(氢C线)下的折射率。较低的阿贝数表示较高的色散。对于大多数窗口片应用,低色散是首选。
传输范围:
是对可用光谱穿过材料表现出低吸收的描述。虽然传输范围需求会因应用而不同,但通常将传输范围定义为材料吸收小于25%的波长范围。对于大多数窗口片应用,较宽的传输范围是首选。
镀膜选择:
当光从空气中穿过未镀膜的窗口片时,部分光会由于菲涅耳反射现象而被反射。窗口片的折射率越大,反射损耗越大。可见光光谱在低折射率材料中的损耗约为8%,而高折射率材料如硫化锌的损耗为>30%。这种损失可以选择正确的增透射AR来降到最小。三种类型的增透膜-单层镀膜,宽带(BBAR)镀膜,V型镀膜。
单层镀膜:
是最简单的增透膜。它由一层薄薄的介电材料,通常是氟化镁(MgF2),沉积在窗口片的每一面,以减少菲涅耳反射。通过精心选择的膜层厚度以减少光在设计波长的反射(通常是可见光谱的中心,550nm)。单层氟化镁镀膜可以将光学窗口片的透射率从92%提高至97%,以较低的成本提供出色的性能。
宽带(BBAR)镀膜:
结合多层多种介电材料,以确保在宽波长范围内具有高透过率。这些镀膜可以将光学窗口片的透射率从92%提高到99%,具有优异的性能。然而,它们工艺比单层镀膜更复杂、成本更昂贵,并且在镀膜设计范围之外波段BBAR镀膜的透射率比单层镀膜或未镀膜窗口片低得多。
V型镀膜:
AR窗口片由多层介电材料组成,以确保在狭窄的波长范围内具有极高的透射率。这些镀膜可以将光学窗口片的透射率从92%提高到99.5%,提供优异的性能。然而,它们比单层镀膜工艺更复杂、成本更昂贵,并且在镀膜设计波长范围之外V型镀膜的透射率比单层镀膜或未镀膜窗口片低得多。
光学和机械精度:
光学窗口片通常作保护屏障,将传感器、探测器或其他敏感组件与外部环境隔离。该窗口片所需的精度是由应用决定的。精度的考虑应该包括窗口的表面平整度,表面质量,平行度。
表面平整度:
有时指定为表面不规则性或透射波的波前误差,用来衡量一个窗口片的每个表面有多平坦。通常以相对于632.8nm的“波”来测量,1/10波的平面度相当于632.8nm的平面度。一般经验,为1/10波或更好的窗口片是激光应用的首选,1/4波或更好的窗口片是成像应用的首选,更低精度的窗口片是照明或检测应用的首选。
表面质量:
是对表面缺陷的评估,如在制造或处理过程中可能造成的划痕和凹坑或麻点。根据MIL-PRF-13830B,表面质量是由两个数字表示的。一个是“划痕”数,它详细描述了划痕的亮度,另一个是“麻点”数,即最大麻点的直径以1/100毫米为单位。在实践中,10-5和20-10的表面质量几乎是不可能看到的,通常是为激光使用。表面质量40-20是几乎不可见的,通常是以成像应用指定的。表面质量为60-40或80-50是相当容易看到,但仍然适合照明或检测应用。
平行度:
是表示光学窗口片两个表面平行偏差的程度。使用双层抛光的窗口片通常具有高度平行度(<5弧秒)。使用单面抛光的窗口片通常是平行的(<5弧分)。未抛光的窗口具有未指定的平行度。对于成像应用,建议使用高平行度的窗口片。对于激光应用,通常推荐使用低平行度。未指定的平行度通常使用于照明和检测应用。

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