หน้าต่างออปติคัลแก้วคืออะไร? คุณสมบัติการใช้และคู่มือการเลือก

ในโลกของเลนส์และโฟโตนิกส์ที่ระบบเลนส์ที่ซับซ้อนกระจกและเลเซอร์จัดการกับแสงมีองค์ประกอบพื้นฐานที่น่าประหลาดใจซึ่งมีความสำคัญต่อความสำเร็จ: หน้าต่างออปติคัล - มักถูกมองข้ามหน้าต่างออปติคัลแก้วที่ต่ำต้อยเป็นวิธีการทำงานซึ่งทำหน้าที่เป็นอุปสรรคที่โปร่งใสที่ปกป้องเครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนแยกสภาพแวดล้อมและส่งแสงด้วยการบิดเบือนน้อยที่สุด การทำความเข้าใจกับสิ่งที่พวกเขาเป็นวิธีการทำงานและวิธีการเลือกสิ่งที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับวิศวกรนักออกแบบและผู้ที่ชื่นชอบ

บทความนี้จะ demystify หน้าต่างออปติคัลแก้วย้ายเกินแนวคิดพื้นฐานเพื่อสำรวจคุณสมบัติที่สำคัญที่กำหนดประสิทธิภาพและการพิจารณาในทางปฏิบัติสำหรับการเลือกที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันของคุณ

Beyond Simple Glass: ฟังก์ชั่นหลักของหน้าต่างออปติคัล

ที่ง่ายที่สุดหน้าต่างออปติคัลจะเป็นแบบแบนซึ่งมักจะเป็นแบบขนานกันโดยใช้กระจกที่ออกแบบมาเพื่อให้แสงผ่านด้วยอิทธิพลน้อยที่สุดบนเส้นทางออปติคัล ซึ่งแตกต่างจากเลนส์วัตถุประสงค์ของมันคือไม่โฟกัสหรือแยกรังสีแสง งานหลักของมันคือ:

1. การป้องกันสิ่งแวดล้อม: การปิดผนึกระบบออปติคัลจากฝุ่นความชื้นสารเคมีหรือส่วนต่างความดัน ตัวอย่างเช่นหน้าต่างปกป้องเซ็นเซอร์และเลนส์ภายในกล้องดำน้ำหรือห้องสูญญากาศทางวิทยาศาสตร์
2. การเข้าถึงลำแสง: จัดหาพอร์ตทางกายภาพเพื่อให้แสงเข้าหรือออกจากระบบ นี่เป็นเรื่องธรรมดาในโพรงเลเซอร์และเครื่องมือสเปกโทรสโกปี
3. การแยกสเปกตรัม: การใช้หน้าต่างที่ทำจากวัสดุเฉพาะเพื่อกรองหรืออนุญาตให้มีความยาวคลื่นบางอย่างของแสงผ่าน

เนื่องจากฟังก์ชั่นของพวกเขาคือ“ มองไม่เห็น” ต่อระบบคุณภาพของพวกเขาจึงถูกตัดสินว่าพวกเขาเปลี่ยนแสงผ่านพวกเขาเพียงเล็กน้อย

คุณสมบัติสำคัญที่กำหนดประสิทธิภาพ

ไม่ได้สร้างแก้วทั้งหมดเท่ากัน ประสิทธิภาพของไฟล์ แฟลตออปติคัล ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของวัสดุที่สำคัญหลายอย่างและลักษณะทางกายภาพ

1. วัสดุพื้นผิว:
ประเภทของแก้วที่ใช้เรียกว่า วัสดุพื้นผิว เป็นตัวเลือกที่สำคัญที่สุด แต่ละวัสดุมีเอกลักษณ์ ช่วงการส่งสัญญาณ - สเปกตรัมของแสงที่อนุญาตให้ผ่าน

• Borosilicate Glass (เช่น BK7): ทางเลือกที่พบได้ทั่วไปและประหยัด มันให้การส่งที่ยอดเยี่ยมจากการมองเห็นไปยังสเปกตรัมใกล้อินฟราเรด (ประมาณ 350nm ถึง 2000nm) เป็นที่รู้จักกันดีว่ามีความเสถียรทางเคมีที่ดีและค่าสัมประสิทธิ์ต่ำของการขยายตัวทางความร้อนทำให้ทนต่อการกระแทกด้วยความร้อน
• ซิลิกาหลอมรวม: ซิลิคอนไดออกไซด์สังเคราะห์ที่มีความบริสุทธิ์สูง มันมีการส่งผ่านที่กว้างมากจาก Ultraviolet ลึก (DUV) ไปยังอินฟราเรดใกล้ (ประมาณ 180nm ถึง 2500nm) มันมีระดับต่ำเป็นพิเศษ สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความผันผวนของอุณหภูมิขนาดใหญ่และเกณฑ์ความเสียหายของเลเซอร์ที่ยอดเยี่ยม
• ไพลิน: ในขณะที่ไม่ใช่แก้ว แต่เป็นคริสตัลเดี่ยว แต่ก็มักจะใช้ในแอปพลิเคชันหน้าต่างสุดขีด มันเป็นอันดับสองของเพชรด้วยความแข็งทำให้เกือบจะขีดข่วน มันส่งจาก UV ไปยังกลางอินฟราเรด (ประมาณ 150nm ถึง 5000nm) และมีการนำความร้อนและความต้านทานทางเคมีที่โดดเด่น

2. คุณภาพพื้นผิวและรอยขีดข่วน
ข้อกำหนดนี้วัดความไม่สมบูรณ์ที่อนุญาตบนพื้นผิวของหน้าต่าง มันถูกกำหนดโดยรหัสสองหมายเลข (เช่น 60-40) หมายเลขแรก (รอยขีดข่วน) หมายถึงความกว้างของรอยขีดข่วนด้วยกล้องจุลทรรศน์เมื่อเทียบกับชุดของรอยขีดข่วนมาตรฐานภายใต้แสงที่ควบคุม หมายเลขที่สอง (ขุด) หมายถึงเส้นผ่านศูนย์กลางของหลุมเล็ก ๆ หรือขุดในไมครอน จำนวนที่ต่ำกว่าหมายถึงพื้นผิวที่นุ่มนวลและมีคุณภาพสูงกว่า ข้อมูลจำเพาะ 10-5 ถือว่ามีคุณภาพสูงมากในขณะที่ 80-50 เป็นมาตรฐานมากกว่าสำหรับการใช้งานที่สำคัญน้อยกว่า

3. ความเรียบของพื้นผิว
สำหรับแอปพลิเคชันที่การบิดเบือนของคลื่นจะต้องลดลงอย่างแน่นอน (เช่นในระบบอินเตอร์เฟอโรเมตรีหรือระบบเลเซอร์กำลังสูง) ความเรียบของหน้าต่างเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง ความเรียบถูกวัดเป็นเศษส่วนของความยาวคลื่น (λ) โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 632.8nm (ความยาวคลื่นของเลเซอร์ฮีเลียม-นีออน) ความเรียบλ/10 มีความแม่นยำมากซึ่งหมายความว่าพื้นผิวเบี่ยงเบนจากความเรียบที่สมบูรณ์แบบน้อยกว่า 63 นาโนเมตร

4. คู่ขนาน
สำหรับหน้าต่างมาตรฐานพื้นผิวทั้งสองนั้นมีพื้นดินและขัดเงาให้ขนานกันที่สุด การขาดความเท่าเทียมจะทำให้ลำแสงเบี่ยงเบนจากเส้นทางดั้งเดิม สิ่งนี้ถูกระบุโดยค่าเบี่ยงเบนเชิงมุมที่อนุญาตสูงสุดในอาร์คมินทิวทหรืออาร์ควินาทีหรือโดยการเปลี่ยนแปลงความหนาของร่างกายในรูรับแสงที่ชัดเจน

5. เกณฑ์ความเสียหายของเลเซอร์
สำหรับหน้าต่างที่ใช้ในระบบเลเซอร์กำลังสูงวัสดุจะต้องสามารถทนต่อพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรงโดยไม่ได้รับความเสียหาย โดยทั่วไปแล้วซิลิกาและไพลินจะมีเกณฑ์ความเสียหายสูงมากซึ่งวัดได้ในจูลต่อตารางเซนติเมตร (J/cm²)

วิธีทำหน้าต่างแบบออพติคอล: แวบลงในกระบวนการ

การผลิตหน้าต่างที่มีความแม่นยำนั้นเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่พิถีพิถัน มันเริ่มต้นด้วยการเลือกวัสดุพื้นผิวดิบซึ่งถูกตัดเป็นช่องว่างคร่าวๆ ช่องว่างนี้จะถูกสร้างขึ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการบดซึ่งนำไปสู่มิติและความหนาใกล้สุดท้าย ขั้นตอนที่สำคัญที่สุดคือการขัดเงาโดยใช้สารกัดกร่อนที่ดีขึ้นอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ได้คุณภาพพื้นผิวที่ต้องการความเรียบและการขนาน ในที่สุดขอบมักจะถูกเอียงเพื่อป้องกันการบิ่นและตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการจัดการที่ปลอดภัย

คู่มือปฏิบัติในการเลือกหน้าต่างที่ถูกต้อง

การเลือกหน้าต่างออปติคัลที่ถูกต้องเป็นแบบฝึกหัดในการปรับสมดุลความต้องการประสิทธิภาพด้วยงบประมาณ นี่คือกระบวนการเลือกเชิงตรรกะ:

1. กำหนดความยาวคลื่น: ความยาวคลื่นหลักของแอปพลิเคชันของคุณคืออะไร? (เช่น UV, มองเห็นหรือแสง IR?) สิ่งนี้จะทำให้คุณแคบลงทันที วัสดุพื้นผิว ตัวเลือก
2. ประเมินสภาพแวดล้อม: การเสียดสีของหน้าต่างจะต้องเสียดสีอุณหภูมิที่รุนแรงสาดสารเคมีหรือแรงดันสูงหรือไม่? สำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงความแข็งและต่ำ สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน กลายเป็นสิ่งสำคัญโดยชี้ไปที่วัสดุเช่นไพลินหรือซิลิกาหลอมรวม
3. กำหนดความต้องการด้านประสิทธิภาพ: ระบบของคุณต้องการความซื่อสัตย์ของคลื่นที่สมบูรณ์แบบหรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้นคุณต้องมีสูง ความเรียบของพื้นผิว (เช่นλ/10 หรือดีกว่า) สำหรับฝาครอบป้องกันอย่างง่าย ๆ เหนือเซ็นเซอร์มาตรฐาน คุณภาพพื้นผิว เช่น 60-40 อาจเพียงพอ
4. พิจารณาระดับพลังงาน: สำหรับแอปพลิเคชันเลเซอร์กำลังสูงคุณต้องตรวจสอบไฟล์ เกณฑ์ความเสียหายของเลเซอร์ ของวัสดุและตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวสะอาดและปราศจากข้อบกพร่องที่สามารถดูดซับพลังงานได้
5. กำหนดงบประมาณ: จับคู่เนื้อหาและตัวเลือกข้อมูลจำเพาะของคุณกับข้อ จำกัด ของโครงการของคุณ หน้าต่างมาตรฐาน BK7 ที่มีคุณภาพ 60-40 มีราคาไม่แพงมากในขณะที่หน้าต่างไพลินที่มีขนาดใหญ่λ/10 ขัดเงาเป็นตัวแทนของการลงทุนที่สำคัญ

ด้วยการทำงานอย่างเป็นระบบผ่านปัจจัยเหล่านี้คุณสามารถระบุหน้าต่างออปติคัลแก้วที่ให้ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้และยาวนานโดยไม่ต้องจ่ายเพื่อความแม่นยำที่ไม่จำเป็น องค์ประกอบพื้นฐานนี้แม้จะเป็นแนวคิดที่เรียบง่ายเป็นรากฐานที่สำคัญของเทคโนโลยีออพติคอลที่ทันสมัยทำให้ทุกอย่างตั้งแต่การสำรวจพื้นที่ลึกไปจนถึงสแกนเนอร์บาร์โค้ดทุกวัน