چگونه دوربین میکروسکوپ رازهای میکروفسیل‌های دریایی را برای تحقیقات اقلیمی آشکار می‌کند
فوریه 2, 2025
بدون دیدگاه
آموزش
مطالعه جدید نشان می‌دهد که اپتیک‌های شیشه‌ای UV سفارشی، نسبت به میله‌های کوارتز، تابش UV LED را تا ۲۵٪ افزایش می‌دهند.
جدول محتواها
بیشینه‌سازی تابش اوج یک LED UV در بسیاری از کاربردهای درمان با اشعه UV بسیار مهم است. توان بیشتر می‌تواند سرعت تولید را بهبود بخشد و ظرفیت پردازش را افزایش دهد. در این کاربردها، LEDهای UV معمولاً به صورت آرایه‌های خطی چیده می‌شوند، به طوری که در یک ردیف کنار هم قرار می‌گیرند و معمولاً توسط یک پنجره مسطح یا یک اپتیک محافظت می‌شوند.
ما این سوال را مطرح کردیم که آیا فرصتی برای افزایش تابش اوج آرایه‌های خطی LED UV وجود دارد؟ چگونه می‌توانیم تابش اوج را به حداکثر برسانیم؟ آیا تمام اپتیک‌ها عملکرد یکسانی دارند؟
آیا حتی باید از اپتیک استفاده کنیم؟
برای پی بردن به اینکه کدام نوع اپتیک تابش اوج LED UV را به بهترین شکل افزایش می‌دهد، یک آرایه خطی LED UV را همراه با سه نوع اپتیک شبیه‌سازی کردیم:
- میله‌های کوارتز استوانه‌ای کامل،
- میله‌های کوارتز استوانه‌ای بریده شده
- و یک اپتیک شیشه‌ای UV سفارشی قالب‌گیری شده.
در این مقاله، این راه‌حل‌های اپتیکی مختلف را مقایسه کرده و نتایج مطالعه خود را ارائه می‌دهیم.
در جدول زیر، اطلاعات مربوط به اپتیک‌های مختلف UV و مقایسه آن‌ها خلاصه شده است:
| اپتیک | مزایا | معایب |
|---|---|---|
| میله کوارتز استوانه‌ای کامل | – کولیماته کردن نور به طور مؤثرتر از میله کوارتز نیمه و آرایه LED بدون اپتیک. – افزایش تابش اوج تا 321.04 W/m². – تلفات بازتاب داخلی کم (5.7%). | – از دست دادن بیش از 20% از نور تابش شده در ترکیب با LEDهای با توزیع زاویه‌ای وسیع. |
| میله کوارتز استوانه‌ای بریده شده | – انکسار 75.9% جریان نوری تابش شده به سطح درمان. – الگوی تابش باریک‌تر از آرایه LED، وسیع‌تر از دیگر اپتیک‌ها. | – الگوی تابش وسیع‌تر از سایر اپتیک‌ها. – تابش اوج کم (130.39 W/m²). |
| اپتیک شیشه‌ای UV قالب‌زده | – بیشترین تابش اوج (399.89 W/m²)، 25% بیشتر از سایر اپتیک‌ها. – 99% از جریان نوری تابش شده به اپتیک می‌رسد. – قابلیت سفارشی‌سازی برای ایجاد الگوهای تابش مختلف. | – فاصله کاری ثابت، نیاز به سفارشی‌سازی برای کاربردهای خاص. |
اجزای اپتیکی رایج کوارتز و شیشه UV مورد استفاده در سیستم‌های نورپردازی LED UV
اپتیک‌ها معمولاً برای محافظت از یک آرایه و کنترل توزیع نور یک LED به کار می‌روند. در کاربردهای UV، اپتیک‌ها معمولاً از کوارتز یا شیشه ساخته می‌شوند، زیرا این مواد قادرند انرژی UV را بدون تخریب قابل توجهی از ناحیه طیف الکترومغناطیسی عبور دهند.
مواد دیگر، مانند پلاستیک‌ها، ممکن است زمانی که در معرض نور UV با شدت بالا یا مواد شیمیایی استفاده شده در درمان قرار می‌گیرند، دچار تخریب شوند.
اپتیک‌های کوارتز و شیشه UV می‌توانند به گونه‌ای طراحی شوند که انرژی UV را به نواحی خاصی از سطح درمان هدایت کنند. میله‌های کوارتز، میله‌های نیمه‌کوارتز و اپتیک‌های شیشه‌ای سفارشی توزیع نور منحصر به فردی تولید می‌کنند که برای کاربردهای مختلف مناسب هستند.
در ادامه، این اپتیک‌های مختلف را بررسی کرده و مزایا یا محدودیت‌های آن‌ها را بیان خواهیم کرد.
میله کوارتز استوانه‌ای کامل
اگر هدف شما کولیماته کردن نور از یک آرایه LED UV خطی است، میله کوارتز استوانه‌ای کامل ممکن است اولین گزینه شما باشد. میله‌های کوارتز کامل یک پرتو نور تقریباً کولیماته شده تولید می‌کنند که به آن‌ها این امکان را می‌دهد که با فاصله‌های کاری مختلف استفاده شوند. همچنین، کاربر نهایی می‌تواند تابش اوج بالاتری نسبت به آرایه بدون اپتیک به دست آورد.
میله‌های کوارتز معمولاً به عنوان یک کالای آماده در نظر گرفته می‌شوند زیرا در قطرهای خاص موجود هستند و معمولاً برای کاربردهای خاص طراحی نمی‌شوند. در صورت تمایل، میله‌ها می‌توانند از مرکز یک ردیف LED جابه‌جا شوند تا نور را به محل مطلوب هدایت کنند. اما این راه‌حل کاملاً مناسبی برای کنترل نور نیست. در مقایسه با اپتیک‌های غیرکروی، شکل مقطع استوانه‌ای میله کوارتز دو محدودیت دارد:
- یک مقدار کمی از تلفات بازتاب داخلی از سطح خروجی میله وجود دارد.
- بخش قابل توجهی از نور UV تولید شده توسط LED به طور کامل از میله دور می‌شود.
ما هر دو این محدودیت‌ها را به تفصیل بیشتر در بخش نتایج مقاله بررسی خواهیم کرد.
تامین و خرید انواع شیشه با نازلترین قیمت و در سریعترین زمان
در صورت درخواست ثبت سفارش، از طریق واتس اپ پیام بدهید
میله‌های کوارتز استوانه‌ای بریده شده (نیمه میله‌ها)
میله کوارتز اغلب به نیمه‌هایی برش داده می‌شوند که می‌توانند با آرایه‌های خطی ترکیب شوند. سطح برخورد اپتیک کوارتز در این حالت به یک سطح مسطح تبدیل می‌شود که اجازه نمی‌دهد نور به اندازه میله کوارتز کامل کولیماته شود.
نیمه میله‌ها معمولاً در کاربردهایی استفاده می‌شوند که تولید یک الگوی تابش خاص اندازه‌گیری شده ضروری است و استفاده از میله کوارتز کامل الگوی تابشی ایجاد می‌کند که برای آن کاربرد خیلی کوچک است.
در مقایسه، اگر از هیچ اپتیکی استفاده نشود، توزیع نور آرایه LED UV شبیه به یک نور افکن خواهد بود. میله کوارتز بریده شده یک الگوی تابش تولید می‌کند که جایی بین این دو قرار دارد؛ این الگو کوچکتر از آرایه خطی LEDs با توزیع زاویه‌ای وسیع است اما بزرگتر از الگوی تابش میله کوارتز کامل می‌باشد.
هم میله‌های کامل و هم میله‌های کوارتز بریده شده انعطاف‌پذیری کمی در طراحی اپتیکی خود دارند. کوارتز یک ماده بسیار سخت است؛ این ویژگی می‌تواند برای برخی کاربردها که دوام اولویت دارد، بسیار مفید باشد.
اما به دلیل سختی زیاد کوارتز، ساخت یا ماشین‌کاری آن دشوار و پرهزینه است. بریده شدن میله معمولاً حداکثر سطح ساخت میله‌های کوارتز است.
اپتیک شیشه‌ای UV سفارشی قالب‌گیری شده
برخلاف کوارتز، شیشه دارای خواص ماده‌ای منحصر به فردی است که به آن اجازه می‌دهد به شکل‌های پیچیده و منحنی قالب‌گیری شود. به دلیل این انعطاف‌پذیری، ویژگی‌های اپتیکی می‌توانند هم در سطح برخورد و هم در سطح خروجی اپتیک قالب‌گیری شوند.
این ویژگی باعث افزایش توانایی اپتیک‌های شیشه‌ای UV قالب‌گیری شده در کنترل توزیع نور می‌شود. به همین دلیل، زمانی که این اپتیک با یک آرایه LED UV ترکیب می‌شود، می‌تواند الگوهای تابشی تولید کند که می‌توانند باریک، وسیع، یا در جایی بین این دو، یا حتی شکل‌های منحصر به فرد باشند.
به عبارت دیگر، شما محدود به یک الگوی تابشی خاص نخواهید بود. در این مطالعه، ما اپتیک‌ها را برای آرایه‌های خطی بررسی می‌کنیم، اما اپتیک‌های شیشه‌ای UV قالب‌گیری شده می‌توانند با هر آرایه‌ای ترکیب شوند، از جمله آرایه‌های ۲ بعدی یا ۳ بعدی.
انعطاف‌پذیری ذاتی اپتیک‌های شیشه‌ای UV قالب‌گیری شده به طراحان این امکان را می‌دهد که طراحی اپتیکی را برای کنترل مؤثر نور بهینه کنند.
شبیه‌سازی ردیابی پرتو آرایه‌های خطی LED UV با اپتیک‌های شیشه‌ای UV و کوارتز
در این مطالعه، تابش اوج تولید شده توسط هر اپتیک مقایسه شد. یک شبیه‌سازی ردیابی پرتو با یک آرایه LED UV خطی انجام شد. از همان آرایه LED برای هر اپتیک استفاده شد.
آرایه LED به طول 100 میلی‌متر گسترده بود. هر LED دارای ناحیه تابش 1 میلی‌متر مربع بود و جریان نوری معادل 30 میلی‌وات در طول موج 300 نانومتر تولید می‌کرد. نه LED به فاصله 10 میلی‌متر از هم قرار گرفتند.
برای فراهم کردن شرایط یکسان برای مقایسه، اپتیک‌ها هر کدام در فاصله کانونی 1.5 میلی‌متر از آرایه LED قرار گرفتند و الگوی تابش حاصل در فاصله 24 میلی‌متر از آرایه LED بر روی یک سطح به ابعاد 30 میلی‌متر در 100 میلی‌متر که به عنوان سطح درمان شناخته می‌شود، اندازه‌گیری شد.
به عنوان نقطه شروع، آرایه LED بدون اپتیک اندازه‌گیری شد. الگوی تابش آرایه وسیع بود؛ این الگو به دلیل توزیع نور LED بسته‌بندی شده اثر مشابه یک نورافکن تولید کرد. تنها ناحیه‌ای که در هنگام اندازه‌گیری‌ها در نظر گرفته شد، سطح درمان به ابعاد 30 میلی‌متر در 100 میلی‌متر بود. مقدار قابل توجه در این اندازه‌گیری‌ها تابش اوج بود که برابر با 61.01 وات بر متر مربع (W/m2) بود.
هر اپتیک با این آرایه LED شبیه‌سازی شد. جدول زیر هر اپتیک و الگوی تابش حاصل را نشان می‌دهد. مناطق اصلی مورد توجه در این مطالعه تابش اوج و تابش اوج نرمال شده بودند.
هر اپتیک زمانی که با یک آرایه LED UV خطی ترکیب می‌شد، چندین مزیت نشان داد. با این حال، با بیشتر اپتیک‌ها، برخی محدودیت‌ها مشاهده شد.
میله کوارتز استوانه‌ای کامل
مزایا:
میله کوارتز به طور مؤثرتری از میله کوارتز نیمه و آرایه LED بدون اپتیک، جریان نوری تابش شده را کولیماته کرد.
این باعث افزایش قابل توجه تابش اوج شد که تا 321.04 وات بر متر مربع (W/m²) افزایش یافت. علاوه بر این، میله کوارتز دارای تلفات بازتاب بسیار کمی تنها 5.7% بود که آن را در انکسار جریان نوری گرفته شده بسیار کارآمد می‌سازد.
معایب:
با وجود افزایش قابل توجه تابش اوج، میله کوارتز یک محدودیت عمده دارد. اگر میله با LEDای که توزیع نوری زاویه وسیعی دارد ترکیب شود، میله کوارتز بخش زیادی از جریان نوری تابش شده را از دست خواهد داد.
در این مطالعه، 20.6% از جریان نوری تابش شده توسط میله کوارتز جذب نشد. بدون توجه به اینکه از LED UV با کارایی بالا یا پایین استفاده کنید، از دست دادن بیش از 20% از جریان نوری تابش شده یک معایب عمده است.
میله کوارتز استوانه‌ای بریده شده
مزایا:
میله کوارتز استوانه‌ای بریده شده، زمانی که نزدیک به منبع نور قرار می‌گیرد، همانطور که در این مطالعه انجام شد، بیشترین جریان نوری را به میزان 75.9% به سطح درمان انکسار می‌کند.
همچنین، الگوی تابش ایجاد شده از آن باریک‌تر از آرایه LED به تنهایی بود ولی وسیع‌تر از دیگر اپتیک‌ها. این ویژگی می‌تواند برای کاربردهای خاص مفید باشد.
معایب:
الگوی تابش این اپتیک نیز می‌تواند به عنوان یک محدودیت در نظر گرفته شود. به دلیل انحنای شعاعی کروی و سطح مسطح برخورد، الگو بسیار وسیع‌تر از هر یک از دیگر اپتیک‌ها بود.
این اپتیک پایین‌ترین مقدار تابش اوج را تولید کرد: 130.39 وات بر متر مربع (W/m²). همچنین، این اپتیک به دلیل محدود بودن انحنای آن فرصت زیادی برای اصلاحات ندارد. این موضوع محدودیت‌هایی در توانایی اپتیک برای انکسار جریان نوری که جذب کرده است، ایجاد می‌کند.
اپتیک شیشه‌ای UV قالب‌زده
مزایا:
اپتیک شیشه‌ای قالب‌زده دارای سطوح آسپریک است که بالاترین مقدار تابش اوج را تولید می‌کند: 399.89 وات بر متر مربع (W/m²). این مقدار 25% بیشتر از هر اپتیک دیگری در این مطالعه است و 555% بیشتر از آنچه که آرایه LED بدون اپتیک تولید می‌کند. الگوی تابش این اپتیک محدود به اندازه میله‌های کوارتز کامل و بریده شده نیست.
اپتیک شیشه‌ای قالب‌زده به راحتی قابل تغییر برای ایجاد انواع مختلف الگوهای تابش است و 99% از جریان نوری تابش شده به اپتیک می‌رسد. این ویژگی فرصتی برای تمرکز بیشتر جریان نوری به سطح درمان یا ایجاد الگوهای تابش وسیع‌تر فراهم می‌کند.
معایب:
در این مطالعه، اپتیک شیشه‌ای نور بازتابی را به نقطه خاصی بر روی سطح درمان متمرکز می‌کند. بنابراین، فاصله کاری ثابت است. با این حال، اپتیک‌های شیشه‌ای می‌توانند برای نیازهای خاص کاربردی، از جمله فاصله‌های کاری مختلف و متنوع، سفارشی‌سازی شوند.
کدام شیشه اپتیک را انتخاب کنیم؟
هر اپتیک الگوی تابش منحصر به فردی تولید می‌کند که می‌تواند برای کاربردهای خاصی استفاده شود.
با این حال، اپتیک شیشه‌ای قالب‌زده UV بیشترین انعطاف‌پذیری را در طراحی الگوهای تابش فراهم می‌کند. اپتیک شیشه‌ای قالب‌زده UV بیشترین جریان نوری را جذب کرده، بالاترین مقدار تابش اوج را تولید می‌کند و به دلیل ویژگی‌های ماده‌ای آن، بیشترین پتانسیل برای تغییر و سفارشی‌سازی را دارد.
میله‌های کوارتز، چه کامل و چه بریده شده، مزایای خاص خود را دارند همانطور که در بخش قبل ذکر شد و می‌توانند زمانی مفید باشند که یک کاربرد به الگوی تابش خاص یا تابش اوج نیاز نداشته باشد.
تیجه‌گیری: نکات کلیدی هنگام طراحی سیستم اپتیکی UV با شیشه یا کوارتز
هنگام طراحی یک سیستم روشنایی UV LED جدید، چندین سوال کلیدی وجود دارد که باید پرسیده شوند:
- آیا برای دستیابی به خروجی نور مورد نظر، به اپتیک نیاز دارم؟
- چه میزان قدرت، یکنواختی، مساحت و غیره نیاز دارم و این افزایش چقدر برای سیستم درمان UV من مفید است؟
- کدام اپتیک به طور کارآمدتر تمام نور را جذب می‌کند؟
- تلفات بازتاب سطحی چقدر است؟ آیا می‌توان آن‌ها را بهبود داد؟
- آیا فاصله کاری / فاصله کانونی ثابت دارم یا انعطاف‌پذیر است؟
- اثر تابش اوج مورد نظر من چیست؟
- آیا الگوی تابش نیاز به یکنواختی دارد؟ تا چه حد؟
همانطور که نشان داده شد، زمانی که نیاز به کنترل نور وجود داشته باشد، اپتیک شیشه‌ای قالب‌زده UV طراحی‌شده سفارشی، انعطاف‌پذیری بیشتری برای مهندسان طراحی، کنترل بهتر نور، و تابش بیشتری ارائه می‌دهد.
تماس با ماتماس با ما
ظهور UV LED ها فرصت‌های هیجان‌انگیزی برای درمان UV ایجاد کرده است؛ ما مشتاقانه منتظریم با کسانی که به دنبال توسعه سیستم‌های روشنایی UV LED جدید هستند، همکاری کنیم.
اگر سوالی در مورد اپتیک‌های شیشه‌ای قالب‌زده UV دارید یا می‌خواهید بیشتر در مورد مزایایی که این اپتیک‌ها برای سیستم‌های روشنایی UV LED ارائه می‌دهند، بدانید، با ما تماس بگیرید و با تیم متخصصان ما صحبت کنید. با هم، می‌توانیم یک راه‌حل اپتیکی برای پروژه اپتیکی UV LED شما توسعه دهیم.
Maximizing a UV LED’s peak irradiance is imperative in many UV curing applications. More power can improve production speeds and increase throughput. In these applications, UV LEDs are often arranged into linear arrays, where they are placed side-by-side in a row, and are usually protected by a flat window or an optic.
New Study Shows that Custom UV Glass Optics Increase UV LED Irradiance by 25% Compared to Quartz Rods| Kopp Glass | Pittsburgh, PA
چرا عاشق استفاده از میکروسکوپ دیجیتال با وضوح 4K/60FPS خواهید شد
فوریه 1, 2025
بدون دیدگاه
یک انتخاب واضح: چگونه بهترین ماده شفاف را انتخاب کنیم
فوریه 1, 2025
بدون دیدگاه
مزایا و ویژگی‌های شیشه بوروسیلیکات
فوریه 1, 2025
بدون دیدگاه
چگونه میکروسکوپ‌های دوربین دیجیتال به بهبود همکاری شما کمک می‌کنند
فوریه 1, 2025
بدون دیدگاه
بوروسیلیکات – یک شاهکار از مقاومت
فوریه 1, 2025
بدون دیدگاه
