پنجره نوری یاقوت کبود در مقابل شیشه در مقابل کوارتز: نحوه انتخاب مناسب

سه ماده، یک تصمیم

پنجره نوری اشتباه را انتخاب کنید و عواقب آن به سرعت نمایان می شود - سیگنال تخریب شده، پوشش های ناموفق، یا قطعه ای که پس از چند صد ساعت تحت تنش حرارتی ترک می خورد. سؤال مادی تقریباً همیشه به سه مورد می رسد: یاقوت کبود، شیشه (معمولاً BK7 یا بوروسیلیکات)، و کوارتز (سیلیکا ذوب شده). هر کدام یک مشکل متفاوت را حل می کند. دانستن اینکه کدام یک را حل می کند مال شما چالش واقعی است

پنجره نوری یاقوت کبود: ساخته شده برای Extremes

یاقوت کبود اکسید آلومینیوم تک کریستالی (Al2O3) است. در مقیاس Mohs امتیاز 9 - بعد از الماس دوم - به این معنی است که تخریب سطح در اثر سایش یا ضربه ذرات به ندرت نگران کننده است. مقاومت فشاری آن می رسد 3.2 گیگا پاسکال و گستره انتقال تقریباً 150 نانومتر تا 5.5 میکرومتر است و UV را از طریق مادون قرمز میانی در یک بستر منفرد می‌پوشاند.

این طیف وسیع طیفی در سیستم‌های لیزری با طول موج چندگانه و تصویربرداری حرارتی که در آن به یک پنجره برای اجرا در چندین باند نیاز دارید، اهمیت دارد. یاقوت کبود همچنین گرما را به خوبی هدایت می کند (تقریباً 35 W/m·K در دمای اتاق)، بنابراین در زیر نور پرقدرت مانند شیشه، نقاط داغ ایجاد نمی کند. بی اثری شیمیایی را در برابر اکثر اسیدها و قلیاها اضافه کنید، و ماده ای خواهید داشت که واقعاً در محیط های خشن رشد می کند: ابزار دقیق در اعماق دریا، دریچه های هوافضا، محفظه های لیزری پرقدرت و اپتیک های دفاعی.

مبادله هزینه و ماشین کاری است. یاقوت کبود نسبت به شیشه یا کوارتز سخت‌تر آسیاب و صیقل می‌شود که اشکال سفارشی را گران‌تر می‌کند. برای کاربردهایی که قیمت یک محدودیت اولیه است و استرس محیطی کم است، اغلب بیش از حد مشخص می شود.

Changzhou Haolilai تولید می کند زیرلایه های پنجره نوری یاقوت کبود سفارشی به موازات دقیق و مشخصات کیفیت سطح، پشتیبانی از اپتیک لیزر، نیمه هادی ها و کاربردهای الکترونیک مصرفی.

پنجره نوری شیشه ای: استاندارد عملی

شیشه بوروسیلیکات BK7 به دلایلی ماده نوری پیش فرض است. مقرون به صرفه است، ساخت آن تا تحمل‌های بالا آسان است، و در طیف مرئی (تقریباً 380 تا 2000 نانومتر) به طور قابل اعتمادی عمل می‌کند. کیفیت سطح 20-10 حفاری خراش به طور معمول در مقیاس قابل دستیابی است و پوشش های استاندارد AR به خوبی به آن متصل می شوند.

جایی که شیشه کوتاه می‌آید در نهایت است. سختی Mohs حدود 6 است، بنابراین سطوح در محیط‌های ساینده راحت‌تر خراشیده می‌شوند. مقاومت در برابر شوک حرارتی متوسط ​​است - نوسانات سریع دما می تواند باعث شکستگی استرس شود. برای کاربردهایی که در محدوده قابل مشاهده باقی می‌مانند و در محیط‌های کنترل‌شده کار می‌کنند - تنظیمات آزمایشگاهی، سیستم‌های تصویربرداری، بینایی ماشین و تجهیزات بازرسی - پنجره‌های نوری شیشه‌ای ارزش بسیار خوبی را بدون پرداخت هزینه یاقوت کبود یا کوارتز ارائه می‌کنند.

صافی سطح، پوشش های ضد انعکاس و موازی سازی دقیق پارامترهایی هستند که ارزش آن را دارند که هنگام سفارش پنجره های شیشه ای به دقت مشخص شوند. یک پنجره موازی ضعیف خطای جبهه موج را معرفی می کند که هیچ اپتیک پایین دستی نمی تواند به طور کامل آن را اصلاح کند.

پنجره نوری کوارتز: متخصص UV و دقت

کوارتز ذوب شده (سیلیس ذوب شده، SiO2) جایگاه خاصی را اشغال می کند که نه شیشه و نه یاقوت کبود نمی توانند آن را پر کنند: شفافیت فرابنفش تا حدود 150 تا 180 نانومتر، همراه با ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین (CTE ≈ 0.55 × 10-°C). این انبساط حرارتی نزدیک به صفر، پنجره‌های کوارتز را از نظر ابعادی تحت دماهای نوسانی پایدار می‌کند - یک ویژگی مهم در لیتوگرافی نیمه‌رسانا، طیف‌سنجی، و اندازه‌شناسی دقیق که در آن حتی تغییر شکل در مقیاس میکرونی باعث خطاهای اندازه‌گیری می‌شود.

کوارتز همچنین چرخه حرارتی سریع را در بسیاری از پیکربندی‌ها بهتر از شیشه یا حتی یاقوت کبود کنترل می‌کند، زیرا CTE پایین آن تنش‌های داخلی ایجاد شده در هنگام تغییر سریع دما را محدود می‌کند. برای سیستم‌های لیزر UV - لیزرهای اکسایمر در 248 نانومتر یا 193 نانومتر نمونه‌های رایج هستند - کوارتز معمولاً تنها ماده پنجره قابل دوام است.

محدودیت در مقایسه با یاقوت کبود، مکانیکی است. کوارتز سخت تر از BK7 است (Mohs ≈ 7) اما در رده یاقوت کبود قرار ندارد. در محیط های پر سایش یا فشار بالا، این اولین انتخاب نیست.

کنار هم: پارامترهای کلیدی در یک نگاه

نحوه انتخاب: یک چارچوب تصمیم

با طول موج عملیاتی شروع کنید. اگر سیستم شما در اشعه ماوراء بنفش زیر 380 نانومتر کار می کند، کوارتز معمولاً جواب می دهد. اگر از فرابنفش ماوراء بنفش تا سطح میانی مادون قرمز (که در سیستم‌های دفاعی یا تحقیقاتی چند سنسوری رایج است) عبور کند، انتقال گسترده یاقوت کبود به سختی قابل شکست است. برای سیستم هایی که فقط قابل مشاهده هستند در محیط های تمیز و پایدار، شیشه تقریبا همیشه مقرون به صرفه ترین انتخاب است.

بعد، محیط مکانیکی را ارزیابی کنید. آیا پنجره با سایش، اختلاف فشار بالا یا ضربه ذرات مواجه خواهد شد؟ یاقوت کبود. چرخه دما در محفظه خلاء یا فابریک نیمه هادی؟ کوارتز. ابزار آزمایشگاهی رومیزی با شرایط کنترل شده؟ شیشه ای.

در نهایت، الزامات پوشش را فاکتور کنید. هر سه ماده پوشش‌های استاندارد AR را می‌پذیرند، اما چسبندگی و دوام متفاوت است. روی یاقوت کبود، پوشش ها به دلیل سختی سطح، به خوبی به یکدیگر متصل می شوند. روی شیشه BK7، پوشش‌های سل-ژل استاندارد و پوشش‌های پراکنده با هزینه کمتر عملکرد قابل اعتمادی دارند. کوارتز به دلیل داشتن انرژی سطحی بسیار کم نیاز به کنترل دقیق فرآیند دارد، اما پوشش‌های UV با کارایی بالا برای آن به خوبی تثبیت شده‌اند.

برای هندسه های سفارشی - قطرهای غیر استاندارد، لبه های اریب، تحمل های موازی خاص - کار با یک متخصص با تجربه سازنده پنجره نوری که هر سه ماده را مدیریت می کند در زمان تکرار قابل توجهی صرفه جویی می کند. زمانی که یکی از گزینه ها بیش از حد بودجه یا بیش از حد مشخص شده برای برنامه کاربردی باشد، تامین کننده مناسب می تواند در مورد جایگزینی مواد توصیه کند.

خط پایین

پنجره های اپتیکال یاقوت کبود، شیشه و کوارتز هر کدام عالی هستند – در زمینه مناسب. یاقوت کبود دوام بی نظیر و وسعت طیفی را ارائه می دهد. کوارتز صاحب فضای پایداری حرارتی دقیق و اشعه ماوراء بنفش است. در مواردی که بودجه اهمیت دارد، شیشه برای کاربردهای باند قابل مشاهده باقی می ماند. ابتدا محدوده طول موج، الزامات مکانیکی و محیط عملیاتی خود را تعریف کنید، و انتخاب مواد معمولاً ساده می شود.