سیلیکون تک‌کریستال

توضیحات

خواص و محدودیت‌های سیلیکون در کاربردهای لیزری

مزایای کلیدی سیلیکون:
۱. هدایت حرارتی بالا (≈150 W/m·K):

• امکان دفع حرارت مؤثر در آینه‌های لیزر پرتوان

• جلوگیری از اعوجاج حرارتی در عملکردهای طولانی مدت

۲. چگالی پایین (2.33 g/cm³):

• کاهش وزن سیستم‌های اپتیکی

• مناسب برای کاربردهای حساس به وزن

محدودیت‌های کاربردپذیری:
سیلیکون به دلیل جذب ذاتی شدید در طول موج ۹ میکرومتر، گزینه مناسبی برای کاربردهای انتقال لیزر CO₂ نیست. این ویژگی منجر به:

• اتلاف انرژی قابل توجه

• گرمایش موضعی

• احتمال آسیب اپتیکی

جایگزین‌های پیشنهادی برای لیزر CO₂:

• سلنید روی (ZnSe) برای محدوده ۶-۱۶ میکرومتر

• ژرمانیوم (Ge) برای محدوده ۲-۱۶ میکرومتر

• سولفید روی (ZnS) برای محدوده وسیع طیفی

نکته فنی:
در طراحی آینه‌های لیزر با سیلیکون، باید ضریب انبساط حرارتی پایین (2.6 × 10⁻⁶ /K) و سختی بالا (1150 در مقیاس نوپ) این ماده را نیز مد نظر قرار داد

پوشش‌های اپتیکی و کاربردهای آن

تعریف پوشش‌دهی اپتیکی:
پوشش‌دهی فرآیند اعمال لایه‌های نازک از مواد دی‌الکتریک یا فلزی بر روی سطح زیرلایه‌ها به روش‌های فیزیکی یا شیمیایی است که با اهداف زیر انجام می‌شود:

• اصلاح ضریب بازتاب سطح

• کنترل میزان عبور نور

• ایجاد خاصیت قطبی‌کنندگی

• تفکیک طیفی نور

• فیلتراسیون انتخابی طول‌موج‌ها

انواع پوشش‌های قابل ارائه:
۱. پوشش‌های ضد بازتاب (AR):

• کاهش تلفات نوری تا کمتر از ۰.۵٪

• افزایش بهره‌وری سیستم‌های اپتیکی

۲. پوشش‌های بازتاب بالا (HR):

• بازتاب بیش از ۹۹٪ در طول‌موج‌های هدف

• مناسب برای کاواک‌های لیزری

۳. پوشش‌های طیفی:

• تفکیک دقیق طول‌موج‌ها

• کاربرد در سیستم‌های طیف‌سنجی

۴. پوشش‌های فلزی:

• ایجاد بازتاب‌کننده‌های پهن‌باند

• مقاومت مکانیکی بالا

پوشش‌های ضد بازتاب پهن‌باند:
این پوشش‌ها برای محدوده‌های طیفی زیر طراحی و اجرا می‌شوند:

• فرابنفش (UV): ۲۰۰-۴۰۰ نانومتر

• مرئی (Visible): ۴۰۰-۷۰۰ نانومتر

• مادون قرمز نزدیک (NIR): ۷۰۰-۱۱۰۰ نانومتر

• مادون قرمز میانی (Mid-IR): ۳-۵ میکرومتر

ویژگی‌های فنی:

• ضخامت لایه‌ها با دقت نانومتری کنترل می‌شود

• استفاده از مواد با خلوص بالا (۹۹.۹۹٪)

• مقاومت در برابر شرایط محیطی سخت

• عمر عملیاتی طولانی

• امکان طراحی سفارشی برای نیازهای خاص

این پوشش‌ها با استفاده از پیشرفته‌ترین سیستم‌های لایه‌نشانی شامل تبخیر حرارتی، پرتو الکترونی و کندوپاش RF/DC تولید می‌شوند

• Technical lnformation

●

آزمون عبور نور (Transmittance Test) برای سیلیکون تک‌کریستال

ویژگی‌های نمونه مورد آزمایش:

• جنس ماده: سیلیکون تک‌کریستال

• محدوده قطر نمونه: 20 تا 50 میلی‌متر

• ضخامت نمونه: 10 ± 0.5 میلی‌متر

• کیفیت سطح: پرداخت شده با استاندارد سطحی 80/50 (زبری سطح حداکثر 80 آنگستروم، عیوب سطحی حداکثر 50 میکرون)

محدوده آزمون:

• محدوده طول موج آزمایش: 3 تا 15 میکرومتر

الزامات کیفی عبور نور:

• میزان عبور نور (Transmittance) در محدوده 3-5 میکرومتر باید حداقل 52.5% باشد (T≥52.5%@3-5μm)

شرایط آزمایش:

1. آزمایش در محیط کنترل شده دما (23±2°C) و رطوبت (45±5%) انجام می‌شود.

2. دستگاه طیف‌سنج مورد استفاده باید دارای کالیبراسیون معتبر باشد.

3. زاویه تابش نور باید دقیقاً عمود بر سطح نمونه باشد.

4. نمونه‌ها باید قبل از آزمایش با روش‌های استاندارد تمیزکاری شوند.

تفسیر نتایج:
میزان عبور نور 52.5% در محدوده 3-5 میکرومتر نشان‌دهنده کیفیت مناسب بلور سیلیکون برای کاربردهای اپتوالکترونیک و سیستم‌های مادون قرمز میانی است. این مقدار عبور نور تضمین‌کننده عملکرد بهینه در کاربردهایی مانند:

• پنجره‌های اپتیکی سیستم‌های تصویربرداری حرارتی

• لنزهای مادون قرمز

• اجزای اپتیکی سیستم‌های لیزری

می‌باشد

●

مواد اپتیکی پیشرفته و کاربردهای آنها

1. شیشه اپتیکی N-BK7:

• پرکاربردترین شیشه اپتیکی برای قطعات باکیفیت

• عبور نور عالی در محدوده مرئی تا مادون قرمز نزدیک (350-2000 نانومتر)

• کاربرد گسترده در تلسکوپ‌ها و سیستم‌های لیزری

• جایگزین مناسب وقتی مزایای سیلیکای ذوب‌شده UV مورد نیاز نیست

2. سیلیکای ذوب‌شده UV:

• عبور نور بالا از UV تا مادون قرمز نزدیک (185-2100 نانومتر)

• یکنواختی بهتر و ضریب انبساط حرارتی پایین‌تر نسبت به N-BK7

• مناسب برای لیزرهای پرتوان و کاربردهای تصویربرداری

3. فلورید کلسیم (CaF₂):

• عبور نور بالا در محدوده 180 نانومتر تا 8 میکرومتر

• ضریب شکست پایین

• مناسب برای پنجره‌ها و لنزهای طیف‌سنج‌ها و سیستم‌های تصویربرداری حرارتی

• مقاومت بالا در برابر آسیب لیزر (مناسب برای لیزرهای اگزایمر)

4. فلورید باریم (BaF₂):

• عبور نور بالا در محدوده 200 نانومتر تا 11 میکرومتر

• مقاوم در برابر تابش‌های پرانرژی

• خاصیت سینتیلاسیون عالی

• محدودیت: مقاومت کم در برابر رطوبت (استفاده تا 500°C در محیط مرطوب و 800°C در محیط خشک)

• نکته ایمنی: استفاده از دستکش هنگام کار الزامی است

5. فلورید منیزیم (MgF₂):

• مناسب برای محدوده 200 نانومتر تا 6 میکرومتر

• مقاومت بالا در برابر:

  • خوردگی شیمیایی

  • آسیب لیزر

  • شوک مکانیکی و حرارتی

• سختی: 415 (مقیاس نوپ)

• ضریب شکست: 1.38

6. سلنید روی (ZnSe):

• عبور نور بالا در محدوده 600 نانومتر تا 16 میکرومتر

• کاربرد در:

  • تصویربرداری حرارتی

  • سیستم‌های مادون قرمز

  • سیستم‌های پزشکی

  • لیزرهای CO₂ پرتوان

• نکات:

  • ماده‌ای نرم (سختی 120)

  • مستعد خط افتادگی

  • نیاز به مراقبت ویژه در تمیزکاری و نگهداری

7. سیلیکون (Si):

• مناسب برای محدوده 1.2-8 میکرومتر

• مزایا:

  • چگالی پایین

  • سختی بالا (1150)

  • مقاومت مکانیکی خوب

• محدودیت: جذب بالا در 9 میکرومتر (نامناسب برای لیزر CO₂)

8. ژرمانیوم (Ge):

• مناسب برای محدوده 2-16 میکرومتر

• مزایا:

  • ضریب شکست بالا

  • انحنای سطحی کم

  • ابیراهی رنگی پایین

• محدودیت‌ها:

  • حساس به دما (کاربرد تا 100°C)

  • چگالی بالا (5.33 g/cm³)

• کاربردها:

  • سیستم‌های تصویربرداری حرارتی

  • تقسیم‌کننده‌های پرتو مادون قرمز

  • سیستم‌های FLIR

9. سولفید روی CVD (CVD ZnS):

• تنها ماده اپتیکی (پس از الماس) با پوشش طیفی کامل از مرئی تا مادون قرمز موج بلند (LWIR)

• مهم‌ترین ماده برای پنجره‌های LWIR

• کاربردها:

  • سیستم‌های تصویربرداری حرارتی با وضوح بالا

  • پنجره‌های “سه‌گانه اپتیکی”

  • پنجره‌های ترکیبی لیزر مادون قرمز/مادون قرمز دو رنگ

این مواد با توجه به خواص منحصر به فردشان، انتخاب‌های ایده‌آلی برای کاربردهای اپتیکی پیشرفته در صنایع دفاعی، پزشکی، مخابراتی و تحقیقاتی محسوب می‌شوند