หน้าต่างออพติคอลแซฟไฟร์ VS กระจก VS ควอตซ์: วิธีเลือกอันที่ใช่

สามวัสดุ หนึ่งการตัดสินใจ

เลือกช่องมองภาพผิด และผลที่ตามมาจะปรากฏขึ้นอย่างรวดเร็ว เช่น สัญญาณเสื่อม การเคลือบล้มเหลว หรือส่วนประกอบที่แตกร้าวภายใต้ความเครียดจากความร้อนหลังจากผ่านไปสองสามร้อยชั่วโมง คำถามเกี่ยวกับวัสดุมักจะมาจากตัวเลือกทั้งสามเสมอ ได้แก่ แซฟไฟร์ แก้ว (โดยทั่วไปคือ BK7 หรือบอโรซิลิเกต) และควอตซ์ (ซิลิกาหลอมละลาย) แต่ละคนแก้ปัญหาที่แตกต่างกัน รู้ว่าอันไหนแก้ได้ ของคุณ คือความท้าทายที่แท้จริง

หน้าต่างแสงแซฟไฟร์: สร้างขึ้นเพื่อการใช้งานสุดขั้ว

แซฟไฟร์คืออะลูมิเนียมออกไซด์ผลึกเดี่ยว (Al₂O₃) ในระดับ Mohs ได้คะแนน 9 ซึ่งเป็นอันดับสองรองจากเพชร ซึ่งหมายความว่าการเสื่อมสภาพของพื้นผิวจากการเสียดสีหรือการกระแทกของอนุภาคนั้นแทบจะไม่เป็นเรื่องที่น่ากังวลเลย กำลังรับแรงอัดถึง 3.2 เกรดเฉลี่ย และการส่งสัญญาณครอบคลุมช่วงประมาณ 150 นาโนเมตรถึง 5.5 ไมโครเมตร ซึ่งครอบคลุมรังสียูวีผ่านอินฟราเรดตอนกลางในสารตั้งต้นเดียว

ช่วงสเปกตรัมที่กว้างนั้นมีความสำคัญในระบบเลเซอร์หลายความยาวคลื่นและการถ่ายภาพความร้อน ซึ่งคุณต้องการหน้าต่างเดียวในการทำงานข้ามหลายแบนด์ แซฟไฟร์ยังนำความร้อนได้ดี (ประมาณ 35 W/m·K ที่อุณหภูมิห้อง) จึงไม่เกิดจุดร้อนภายใต้การส่องสว่างกำลังสูงเช่นเดียวกับที่กระจกทำ เพิ่มความเฉื่อยของสารเคมีต่อกรดและด่างส่วนใหญ่ และคุณมีวัสดุที่เจริญเติบโตได้อย่างแท้จริงในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง: อุปกรณ์ใต้ทะเลลึก วิวพอร์ตการบินและอวกาศ ตัวเรือนเลเซอร์กำลังสูง และเลนส์ป้องกัน

ข้อเสียคือต้นทุนและความสามารถในการแปรรูป แซฟไฟร์นั้นบดและขัดเงาได้ยากกว่าแก้วหรือควอตซ์ ซึ่งทำให้รูปทรงสั่งทำมีราคาแพงกว่า สำหรับการใช้งานที่ราคาเป็นข้อจำกัดหลักและความเครียดจากสิ่งแวดล้อมต่ำ มักมีการระบุมากเกินไป

ผู้ผลิตฉางโจว Haolilai พื้นผิวหน้าต่างแสงแซฟไฟร์แบบกำหนดเอง ไปจนถึงข้อกำหนดด้านความขนานที่แน่นหนาและคุณภาพพื้นผิว รองรับการใช้งานด้านเลนส์เลเซอร์ เซมิคอนดักเตอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

หน้าต่างกระจกออพติคอล: มาตรฐานในทางปฏิบัติ

แก้วบอโรซิลิเกต BK7 เป็นวัสดุเชิงแสงเริ่มต้นด้วยเหตุผลบางประการ คุ้มค่า ง่ายต่อการผลิตโดยมีพิกัดความเผื่อสูง และทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือตลอดสเปกตรัมที่มองเห็นได้ (ประมาณ 380–2000 นาโนเมตร) คุณภาพพื้นผิวของการขุดรอยขีดข่วน 20-10 สามารถทำได้เป็นประจำในขนาด และการเคลือบ AR มาตรฐานจะเกาะติดกันได้ดี

กระจกที่ลัดวงจรอยู่ที่จุดสุดขั้ว ความแข็งของ Mohs อยู่ที่ประมาณ 6 ดังนั้นพื้นผิวจึงเกิดรอยขีดข่วนได้ง่ายขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ความต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันนั้นค่อนข้างปานกลาง — การแกว่งของอุณหภูมิอย่างรวดเร็วสามารถกระตุ้นให้เกิดความเครียดแตกหักได้ สำหรับการใช้งานที่อยู่ในแถบที่มองเห็นได้และทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุม — การตั้งค่าในห้องปฏิบัติการ ระบบสร้างภาพ วิชันซิสเต็ม และอุปกรณ์ตรวจสอบ — หน้าต่างแบบออพติคอลแบบกระจกให้ความคุ้มค่าที่ยอดเยี่ยมโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายพรีเมียมของแซฟไฟร์หรือควอตซ์

ความเรียบของพื้นผิว การเคลือบป้องกันการสะท้อนแสง และความขนานที่แม่นยำเป็นพารามิเตอร์ที่ควรค่าแก่การระบุอย่างระมัดระวังเมื่อสั่งซื้อหน้าต่างกระจก หน้าต่างที่ขนานกันไม่ดีทำให้เกิดข้อผิดพลาดของ wavefront ที่ไม่มีออปติกดาวน์สตรีมใดสามารถแก้ไขได้อย่างสมบูรณ์

หน้าต่างแสงควอตซ์: ผู้เชี่ยวชาญด้านรังสียูวีและความแม่นยำ

ควอตซ์หลอม (ซิลิกาหลอมรวม SiO₂) ครอบครองช่องเฉพาะที่ทั้งแก้วและแซฟไฟร์ไม่สามารถเติมเต็มได้: ความโปร่งใสของรังสีอัลตราไวโอเลตลงไปที่ประมาณ 150–180 นาโนเมตร รวมกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนที่ต่ำมาก (CTE γ 0.55 × 10⁻⁶/°C) การขยายตัวทางความร้อนที่ใกล้ศูนย์ทำให้หน้าต่างควอทซ์มีความเสถียรในมิติภายใต้อุณหภูมิที่ผันผวน ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่สำคัญในการพิมพ์หินเซมิคอนดักเตอร์ สเปกโทรสโกปี และมาตรวิทยาที่มีความแม่นยำ ซึ่งแม้แต่การเสียรูปในระดับไมครอนก็ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัด

ควอตซ์ยังจัดการการหมุนเวียนของความร้อนอย่างรวดเร็วได้ดีกว่ากระจกหรือแม้แต่แซฟไฟร์ในการกำหนดค่าต่างๆ เนื่องจาก CTE ที่ต่ำจะจำกัดความเครียดภายในที่เกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว สำหรับระบบเลเซอร์ยูวี — เลเซอร์เอ็กไซเมอร์ที่ 248 นาโนเมตรหรือ 193 นาโนเมตรเป็นตัวอย่างทั่วไป — โดยทั่วไปแล้ว ควอตซ์จะเป็นวัสดุหน้าต่างเดียวที่ใช้งานได้

ข้อจำกัดเมื่อเทียบกับแซฟไฟร์คือกลไก ควอตซ์มีความแข็งกว่า BK7 (Mohs ๋ 7) แต่ไม่จัดอยู่ในประเภทเดียวกับแซฟไฟร์ ในสภาพแวดล้อมที่มีการเสียดสีสูงหรือแรงดันสูง นี่ไม่ใช่ตัวเลือกแรก

เทียบเคียง: พารามิเตอร์หลักโดยสรุป

วิธีเลือก: กรอบการตัดสินใจ

เริ่มต้นด้วยความยาวคลื่นปฏิบัติการ หากระบบของคุณทำงานในรังสียูวีที่ต่ำกว่า 380 นาโนเมตร โดยทั่วไปแล้ว ควอตซ์คือคำตอบ ถ้ามันแผ่รังสี UV ไปจนถึง IR กลาง — ซึ่งพบได้ทั่วไปในการป้องกันเซ็นเซอร์หลายตัวหรือแพลตฟอร์มการวิจัย — การส่งสัญญาณในวงกว้างของแซฟไฟร์นั้นยากจะเอาชนะได้ สำหรับระบบที่มองเห็นได้อย่างเดียวในสภาพแวดล้อมที่สะอาดและมีเสถียรภาพ กระจกมักเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าที่สุดเสมอไป

ต่อไป ให้ประเมินสภาพแวดล้อมทางกล หน้าต่างจะเผชิญกับการเสียดสี ความแตกต่างของแรงดันสูง หรืออนุภาคกระทบหรือไม่ ไพลิน. การหมุนเวียนของอุณหภูมิในห้องสุญญากาศหรือโรงงานเซมิคอนดักเตอร์? ควอตซ์ อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการแบบตั้งโต๊ะที่มีสภาวะควบคุม? กระจก.

สุดท้ายนี้ คำนึงถึงข้อกำหนดในการเคลือบด้วย วัสดุทั้งสามยอมรับการเคลือบ AR มาตรฐาน แต่การยึดเกาะและความทนทานแตกต่างกัน บนแซฟไฟร์ สารเคลือบจะยึดเกาะได้ดีเป็นพิเศษเนื่องจากความแข็งของพื้นผิว บนกระจก BK7 การเคลือบโซลเจลมาตรฐานและการเคลือบสปัตเตอร์จะทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า ควอตซ์ต้องมีการควบคุมกระบวนการอย่างระมัดระวังเนื่องจากมีพลังงานพื้นผิวต่ำมาก แต่การเคลือบ UV ประสิทธิภาพสูงก็ได้รับการยอมรับเป็นอย่างดี

สำหรับรูปทรงแบบกำหนดเอง — เส้นผ่านศูนย์กลางที่ไม่ได้มาตรฐาน ขอบเอียง ค่าความคลาดเคลื่อนความขนานเฉพาะ — ทำงานร่วมกับผู้มีประสบการณ์ ผู้ผลิตหน้าต่างแสง ผู้ที่จัดการวัสดุทั้งสามจะช่วยประหยัดเวลาในการทำซ้ำได้มาก ซัพพลายเออร์ที่เหมาะสมสามารถให้คำแนะนำเกี่ยวกับการทดแทนวัสดุได้เมื่อตัวเลือกหนึ่งมีงบประมาณเกินงบประมาณหรือระบุไว้มากเกินไปสำหรับการใช้งาน

บรรทัดล่าง

หน้าต่างออพติคอลแซฟไฟร์ กระจก และควอทซ์ต่างก็ยอดเยี่ยม — ในบริบทที่เหมาะสม แซฟไฟร์มอบความทนทานและความกว้างสเปกตรัมที่ไม่มีใครเทียบได้ ควอตซ์เป็นเจ้าของพื้นที่รักษาเสถียรภาพทางความร้อนด้วยรังสี UV และความแม่นยำ Glass ยังคงเป็นอุปกรณ์หลักสำหรับการใช้งานแถบความถี่ที่มองเห็นได้ซึ่งงบประมาณมีความสำคัญ กำหนดช่วงความยาวคลื่น ข้อกำหนดทางกล และสภาพแวดล้อมการทำงานของคุณก่อน แล้วการเลือกใช้วัสดุมักจะตรงไปตรงมา