لنزهای تخت-مقعر (پلانو-کاو) از جنس سیلیکون

توضیحات

لنزهای پلانو-کاو از جنس سیلیکون (Si)

سیلیکون تک‌کریستال (Si) یک ماده شیمیایی بی‌اثر با سختی بالا و نامحلول در آب است. این ماده دارای خواص انتقال نور عالی در محدوده 1-7 میکرومتر بوده و همچنین در محدوده فروسرخ دور (30-300 میکرومتر) عملکرد انتقال نور ممتازی از خود نشان می‌دهد – ویژگی‌ای که در سایر مواد اپتیکی فروسرخ یافت نمی‌شود. سیلیکون تک‌کریستال معمولاً برای پنجره‌های اپتیکی فروسرخ موج متوسط (3-5 میکرومتر) و به عنوان زیرلایه فیلترهای اپتیکی استفاده می‌شود. با توجه به هدایت حرارتی خوب و چگالی پایین این ماده، از آن به طور متداول برای ساخت آینه‌های لیزری نیز استفاده می‌شود.

لنز پلانو-کاو از یک سطح تخت و یک سطح کروی مقعر تشکیل شده است که می‌تواند ابیراهی کروی منفی ایجاد کند. این لنزها معمولاً در سیستم‌هایی که نیاز به گسترش پرتو یا افزایش فاصله کانونی دارند استفاده شده و به تعادل انحراف ناشی از سایر لنزها کمک می‌کنند.

قابلیت‌های تولیدی شرکت ما:

ما قادر به ارائه لنزهای پلانو-کاو سیلیکونی با مشخصات زیر هستیم:

• قطر: 2 تا 300 میلی‌متر

• ضخامت: 0.12 تا 60 میلی‌متر

• دقت اپتیکی: تا سطح 20-10 با انحراف موجی 1/10 طول موج @ 633 نانومتر

فرآیندهای پرداخت:

1. پرداخت دیسک ژله‌ای

2. پرداخت پرسرعت

3. پرداخت حلقوی

4. پرداخت CNC

تجهیزات کنترل کیفیت:

• اینترفرومتر ZYGO

• میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)

• اکسنتریسنج بازتابی و عبوری

• گونیومتر 15 ثانیه‌ای

• سیستم سنترینگ UV ژل

• ضخامت‌سنج لیزری غیرتماسی

• تصویربردار دو بعدی (2D Imager)

• اندازه‌گیر قطر کره

گزینه‌های پوشش ضدبازتاب:

• MgF₂

• پوشش ضدبازتاب فرابنفش (UV-AR)

• پوشش ضدبازتاب فرابنفش-مرئی (UV-VIS)

• پوشش ضدبازتاب گسترده مرئی (VIS-EXT)

• پوشش ضدبازتاب مرئی-فروسرخ نزدیک (VIS-NIR)

• پوشش ضدبازتاب فروسرخ نزدیک I و II (NIR I, NIR II)

• پوشش ضدبازتاب مخابراتی فروسرخ نزدیک (Telecom-NIR)

• پوشش ضدبازتاب فروسرخ موج کوتاه (SWIR)

• پوشش ضدبازتاب لیزر YAG (YAG-BBAR)

این محصولات با دقت بالا و کیفیت ممتاز برای کاربردهای اپتیکی پیشرفته در محدوده فروسرخ طراحی و تولید می‌شوند.

• معرفی محصول:

لنزهای پلانو-کاو (تخت-مقعر)

ویژگی‌های اپتیکی:
لنزهای پلانو-کاو دارای یک سطح تخت و یک سطح کروی مقعر هستند که:

• باعث واگرایی پرتوهای نور می‌شوند

• دارای فاصله کانونی منفی هستند

• ابیراهی کروی منفی ایجاد می‌کنند

کاربردهای اصلی:

• گسترش پرتو نور (Beam expansion)

• سیستم‌های پروژکشن

• افزایش فاصله کانونی در سیستم‌های اپتیکی

• خنثی‌سازی ابیراهی سایر لنزها در سیستم

نکته طراحی مهم:
برای دستیابی به حداقل ابیراهی کروی، هنگام استفاده با پرتو موازی (کلیمیت)، پرتو باید به سطح مقعر لنز تابانده شود.

پارامترهای فنی کلیدی:

انتخاب بهینه:
با توجه به نیازهای خاص هر کاربرد می‌توان لنز با پارامترهای مناسب را انتخاب نمود. این لنزها در سیستم‌های اپتیکی پیشرفته، لیزرها و تجهیزات اندازه‌گیری دقیق کاربرد گسترده‌ای دارند.

ویژگی‌ها و محدودیت‌های سیلیکون در کاربردهای لیزری

مزایای کلیدی:
۱. هدایت حرارتی بالا:

• قابلیت مدیریت حرارتی عالی در سیستم‌های لیزری پرتوان

• کاهش مشکلات ناشی از تمرکز حرارتی

۲. چگالی پایین:

• مناسب برای طراحی سیستم‌های اپتیکی سبک‌وزن

• کاهش بار مکانیکی در ساختارهای حساس

کاربردهای بهینه:

• ساخت آینه‌های لیزری با دوام و کارایی بالا

• استفاده در سیستم‌های لیزری که نیاز به اتلاف حرارتی سریع دارند

محدودیت مهم:
سیلیکون برای کاربردهای انتقال لیزر CO₂ مناسب نیست، زیرا:

• دارای جذب شدید در طول موج ۹ میکرومتر است

• این جذب بالا منجر به کاهش کارایی و احتمال آسیب اپتیکی می‌شود

جایگزین‌های پیشنهادی برای لیزر CO₂:

• سلنید روی (ZnSe)

• ژرمانیوم (Ge)

• فلورید کلسیم (CaF₂)

پوشش‌های اپتیکی (Optical Coatings)

تعریف و فرآیند:
پوشش‌دهی اپتیکی فرآیند اعمال لایه‌های نازک از مواد شفاف دی‌الکتریک یا فلزی بر روی سطح زیرلایه‌ها با استفاده از روش‌های فیزیکی یا شیمیایی است. این فرآیند با هدف تغییر مشخصات بازتاب و عبور نور از سطح مواد انجام می‌گیرد.

اهداف اصلی پوشش‌دهی:

• تنظیم ضریب بازتاب سطح

• کنترل و تقسیم پرتوهای نوری

• تفکیک طیفی و فیلتراسیون نور

• مدیریت پلاریزاسیون امواج نوری

انواع پوشش‌های تخصصی ارائه شده:
۱. لایه‌های ضد بازتاب (AR):

• کاهش تلفات نوری در سطح مشترک

• افزایش بازده سیستم‌های اپتیکی

۲. لایه‌های بازتاب بالا (HR):

• بازتابندگی فوق‌العاده برای کاربردهای آینه‌ای

• مناسب برای سیستم‌های لیزری و تداخل‌سنجی

۳. لایه‌های طیفی (Spectral):

• کنترل انتخابی طول‌موج‌های خاص

• کاربرد در فیلترها و تجهیزات طیف‌سنجی

۴. لایه‌های فلزی (Metallic):

• ایجاد خواص رسانایی و بازتابی ویژه

• استفاده در الکترودهای شفاف و آینه‌ها

پوشش‌های ضد بازتاب پهن‌باند:

• محدوده فرابنفش (UV)

• محدوده مرئی (Visible)

• فروسرخ نزدیک (NIR)

• فروسرخ میانی (Mid-IR)

این پوشش‌ها با استفاده از پیشرفته‌ترین تکنیک‌های لایه‌گذاری و با دقت نانومتری تولید می‌شوند تا بهترین عملکرد اپتیکی را تضمین کنند.

• اطلاعات فنی

استانداردهای مواد سیلیکون تک‌کریستال

۱. جنس ماده:

• سیلیکون تک‌کریستال با ترکیب شیمیایی خالص Si

۲. درجه خلوص:

• خلوص ماده اولیه برای رشد کریستال: حداقل ۹N (۹۹٫۹۹۹۹۹۹۹٪)

• خلوص مواد افزودنی (دوپانت): حداقل ۵N (۹۹٫۹۹۹٪)

۳. کیفیت کریستال‌سازی:

• میله‌های سیلیکون تک‌کریستال باید عاری از:

  • ساختار موزاییکی (mosaic)

  • مرزدانه‌ها (grain boundaries)

  • بلورهای دوقلو (twin crystals)
    باشد.

۴. چگالی نابجایی:

• حداکثر ۱۰۰ نابجایی در سانتی‌متر مربع (dislocations/cm²)

۵. نوع رسانایی:

• دو نوع رسانایی برای سیلیکون تک‌کریستال:

  • نوع N

  • نوع P

۶. جهت‌گیری کریستالوگرافی:

• جهت‌های اصلی کریستالوگرافی سیلیکون تک‌کریستال شامل موارد زیر است:
  (جهت‌های کریستالوگرافی در ادامه مشخص می‌شود)

این استانداردها تضمین‌کننده کیفیت بالای مواد برای کاربردهای اپتیکی و الکترونیکی پیشرفته می‌باشد.

۵. مقاومت الکتریکی:
مقاومت الکتریکی سیلیکون تک‌کریستال به چهار دسته اصلی تقسیم‌بندی می‌شود:

۱. مقاومت بسیار پایین (Very Low Resistivity)
۲. مقاومت پایین (Low Resistivity)
۳. مقاومت متوسط (Medium Resistivity)
۴. مقاومت بالا (High Resistivity)

۶. کیفیت ظاهری:
سیلیکون تک‌کریستال باید دارای مشخصات ظاهری زیر باشد:

• عاری از هرگونه آلودگی سطحی

• بدون تراشه‌برداری یا شکستگی‌های حاشیه‌ای (No chipping)

• فاقد هرگونه ترک‌های سطحی یا عمقی (No cracks)

• بدون حفره‌های قابل مشاهده (No holes)

• سطح یکنواخت و همگن

ملاحظات کنترل کیفی:

• بازرسی ظاهری با روش‌های میکروسکوپی و ماکروسکوپی انجام می‌شود

• هر نمونه قبل از عرضه از نظر پارامترهای ظاهری و الکتریکی به دقت ارزیابی می‌شود

• سطح نمونه‌ها باید مطابق با استانداردهای صنعتی SEMI و ASTM باشد

این الزامات کیفی تضمین‌کننده عملکرد بهینه مواد در کاربردهای حساس اپتیکی و الکترونیکی می‌باشد.

آزمون عبور نور (Transmittance Test) – سیلیکون تک‌کریستال

ویژگی‌های نمونه‌های آزمایشی:

• جنس ماده: سیلیکون تک‌کریستال خالص

• قطر نمونه: ۲۰ تا ۵۰ میلی‌متر

• ضخامت نمونه: ۱۰ ± ۰.۵ میلی‌متر

• کیفیت سطح: پرداخت اپتیکی با استاندارد ۸۰/۵۰ (خراش سطحی ≤۸۰nm، عدم یکنواختی ≤۵۰nm)

محدوده طیف‌سنجی:

• محدوده طول موج آزمایش: ۳ تا ۱۵ میکرومتر (منطقه فروسرخ میانی)

الزامات کیفی عبور نور:

• حداقل عبور نور مورد نیاز: ≥۵۲.۵٪ در محدوده ۳-۵ میکرومتر

• دقت اندازه‌گیری: ±۰.۵٪

• شرایط آزمایش: دمای محیط ۲۳±۲°C، رطوبت نسبی ۴۵±۵٪

تجهیزات آزمایش:

• طیف‌سنج فروسرخ با دقت بالا

• سیستم کالیبراسیون استاندارد

• محفظه آزمایش کنترل‌شده

ملاحظات فنی:
۱. نمونه‌ها باید از هر دو طرف پرداخت اپتیکی شده باشند
۲. اندازه‌گیری‌ها تحت شرایط استاندارد ASTM E903 انجام می‌گیرد
۳. نتایج آزمون برای هر نمونه به صورت گواهی آزمایش صادر می‌شود

این آزمون جهت تضمین کیفیت نوری سیلیکون تک‌کریستال برای کاربردهای حساس در محدوده فروسرخ انجام می‌شود.

خصوصیات سیلیکون تک‌کریستال (Monocrystalline Silicon)

ویژگی‌های ظاهری:

• در بررسی بصری با نور روز و با چشم غیرمسلح:

  • فاقد هرگونه مرز دانه (grain boundaries) قابل مشاهده

  • عاری از نوارهای موج‌دار یا حصیری شکل (wicker-like stripes)

کیفیت ساختاری:
۱. ساختار کریستالی کاملاً یکنواخت و همگن
۲. عدم وجود ناهمگنی‌های ماکروسکوپی در سطح نمونه
۳. نشانگر رشد کریستالی کنترل‌شده و با کیفیت بالا

ملاحظات کنترل کیفی:

• بازرسی ظاهری تحت نور سفید استاندارد (5000K) انجام می‌شود

• زاویه مشاهده: 45 درجه نسبت به سطح نمونه

• فاصله مشاهده: 30-50 سانتی‌متر

• زمان بررسی: حداقل 10 ثانیه برای هر نمونه

اهمیت این ویژگی:
این مشخصه ظاهری نشان‌دهنده کیفیت بالای رشد کریستال و مناسب بودن ماده برای کاربردهای اپتیکی و الکترونیکی حساس می‌باشد.

ساختار زیرکریستالی (Sub-crystal)

ویژگی‌های ظاهری:

• در بررسی بصری با نور طبیعی روز:

  • وجود نوارهای بیدمانند (willow stripes) روی سطح کریستال

  • مساحت تحت پوشش این نوارها کمتر از ۱/۶ قطر انتهایی کریستال است

  • این نوارها پس از پرداخت سطحی کاملاً محو می‌شوند

تفسیر فنی:
۱. این ساختار نشان‌دهنده وجود ناهمگنی‌های جزئی در شبکه کریستالی است
۲. نوارهای بیدمانند معمولاً ناشی از تنش‌های داخلی حین فرآیند رشد کریستال هستند
۳. با پرداخت اپتیکی مناسب، این ناهمسانگردی‌های ظاهری کاملاً حذف می‌گردند

ملاحظات کیفی:

• این نمونه‌ها پس از پرداخت نهایی برای بسیاری از کاربردهای صنعتی قابل استفاده هستند

• مناسب برای کاربردهایی که نیاز به کیفیت اپتیکی بسیار بالا ندارند

• قیمت تولید پایین‌تر نسبت به نمونه‌های تک‌کریستالی کامل

روش بازرسی:

• بررسی در نور طبیعی روز با زاویه ۴۵ درجه

• فاصله بررسی: ۳۰-۵۰ سانتیمتر

• مدت زمان مشاهده: حداقل ۱۵ ثانیه برای هر نمونه