لنزهای تخت-کوژ از جنس سیلیکای ذوب شده

توضیحات

لنزهای تخت-کوژ (Plano-Convex) از جنس سیلیکای ذوب شده (UVFS)

معرفی محصول:

سیلیکای ذوب شده (Fused Silica) شکل آمورف (شیشه‌ای) اکسید سیلیکون (کوارتز، سیلیکا) است. این ماده یک شیشه معمولی با ساختار اتمی بی‌نظم در مقیاس بلند است که به دلیل اتصالات سه‌بعدی در ساختارش، دارای دمای کاری بالا و ضریب انبساط حرارتی پایین می‌باشد.

مشخصات لنزهای تخت-کوژ:

لنز تخت-کوژ نوعی لنز مثبت است که در سیستم‌های نوری برای کاربردهای زیر استفاده می‌شود:

• گسترش پرتو

• تشکیل تصویر

• موازی‌سازی پرتو

• کانونی‌سازی

• کاهش اندازه پرتو یا بزرگنمایی تصویر

این لنزها دارای یک سطح صاف و یک سطح محدب با فاصله کانونی مثبت هستند.

قابلیت‌های تولیدی شرکت ما:

• تولید لنزهای تخت-کوژ SiO2 با قطر 2 تا 300 میلی‌متر

• ضخامت 0.12 تا 60 میلی‌متر

• دقت سطح تا 20-10 (1/10 طول موج @ 633 نانومتر)

فرآیندهای پرداخت:

1. پرداخت با دیسک ژله‌ای

2. پرداخت سرعت بالا

3. پرداخت حلقوی

4. پرداخت CNC

تجهیزات کنترل کیفیت:

• اینترفرومتر ZYGO

• میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)

• اکسنتری‌سنج بازتابی و عبوری

• گونیومتر 15 ثانیه‌ای

• سیستم مرکزبندی UV ژل

• ضخامت‌سنج لیزری غیرتماسی

• تصویربردار دو بعدی

• سنجش‌گر قطر کره

گزینه‌های پوشش دهی:

• MgF₂

• پوشش ضدبازتاب UV (UV-AR)

• پوشش ضدبازتاب UV-VIS

• پوشش ضدبازتاب VIS-EXT

• پوشش ضدبازتاب VIS-NIR

• پوشش ضدبازتاب NIR I

• پوشش ضدبازتاب NIR II

• پوشش ضدبازتاب Telecom-NIR

• پوشش ضدبازتاب SWIR

• پوشش ضدبازتاب YAG-BBAR

این لنزها با دقت بالا و کیفیت عالی برای کاربردهای حساس اپتیکی تولید می‌شوند.

• معرفی محصولات

لنزهای تخت-کوژ (Plano-Convex Lenses)

ویژگی‌ها و کاربردهای کلیدی:
لنز تخت-کوژ نوعی لنز مثبت با یک سطح صاف و یک سطح محدب است که دارای فاصله کانونی مثبت می‌باشد. این لنزها در سیستم‌های اپتیکی برای کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله:

• گسترش پرتو نوری (Beam Expansion)

• تشکیل تصویر (Image Formation)

• موازی‌سازی پرتو (Beam Collimation)

• کانونی‌سازی (Focus Collimation)

• تنظیم نقطه‌ای پرتو (Beam Collimation Point Source)

• کاهش اندازه پرتو (Beam Reduction)

• کاهش فاصله کانونی (Focal Length Reduction)

• بزرگنمایی تصویر (Image Magnification)

پارامترهای فنی مهم در انتخاب لنز تخت-کوژ:

1. ابعاد (Size): ابعاد فیزیکی و هندسی لنز

2. فاصله کانونی (Focal Length): مشخصه اصلی تعیین کننده قدرت تمرکز لنز

3. طول موج طراحی (Design Wavelength): طول موج بهینه برای عملکرد لنز

4. کیفیت پرداخت سطح (Finish): صافی و کیفیت سطح اپتیکی

5. دقت سطح (Face Accuracy): میزان انحراف از سطح ایده‌آل

6. خروج از مرکزیت (Eccentricity): میزان انحراف محور اپتیکی

7. جنس ماده پایه (Substrate Material): نوع ماده اپتیکی مورد استفاده

8. سایر ویژگی‌ها (Other Attributes): پوشش‌های ضد بازتاب، مقاومت حرارتی و …

راهنمای انتخاب:
با توجه به کاربرد خاص مورد نظر می‌توان لنز تخت-کوژ با پارامترهای مناسب را انتخاب نمود. برای مثال:

• در کاربردهای لیزری از مواد با مقاومت حرارتی بالا استفاده می‌شود

• برای تصویربرداری طیف مرئی از شیشه‌های اپتیکی استاندارد بهره می‌برند

• در سیستم‌های مادون قرمز از مواد خاص مانند ژرمانیم یا ZnS استفاده می‌گردد

این لنزها به دلیل طراحی ساده و کارایی بالا، از پرکاربردترین المان‌های اپتیکی در طراحی سیستم‌های نوری محسوب می‌شوند.

سیلیکای ذوب شده (Fused Silica) – ماده‌ای کلیدی در اپتیک

مقدمه:
کوارتز طبیعی که با نام شیشه کوارتز نیز شناخته می‌شود، پس از پردازش و سنتز به سیلیکای ذوب شده تبدیل می‌گردد. این ماده یکی از رایج‌ترین و مهم‌ترین مواد مورد استفاده در ساخت قطعات اپتیکی محسوب می‌شود.

مقایسه با کوارتز طبیعی:
سیلیکای ذوب شده سنتز شده در مقایسه با کوارتز طبیعی دارای مزایای زیر است:

1. سختی پرتوسنجی بالاتر (Higher Radiometric Hardness)

2. عبوردهی مطلق بهبود یافته (Higher Absolute Transmittance)

ویژگی‌های اپتیکی ممتاز:
این ماده خواص اپتیکی استثنایی در محدوده‌های طیفی زیر ارائه می‌دهد:

• فرابنفش (Ultraviolet)

• مرئی (Visible)

• مادون قرمز نزدیک (Near-Infrared)

• مادون قرمز (Infrared)

• حوزه تراهرتز (Terahertz Band)

کاربردهای تخصصی:

• لنزها و منشورهای با دقت بالا

• پنجره‌های اپتیکی برای سیستم‌های لیزری

• قطعات اپتیکی مورد استفاده در تجهیزات طیف‌سنجی

• المان‌های اپتیکی برای کاربردهای خاص در حوزه تراهرتز

نتیجه‌گیری:
سیلیکای ذوب شده سنتز شده به دلیل خواص منحصر به فرد اپتیکی و مکانیکی، گزینه‌ای ایده‌آل برای طراحی و ساخت سیستم‌های اپتیکی پیشرفته در گستره وسیعی از طول‌موج‌ها محسوب می‌شود.

پوشش‌های اپتیکی و کاربردهای آنها

تعریف فرآیند پوشش‌دهی:
پوشش‌دهی اپتیکی به فرآیند اعمال لایه‌های نازک از مواد دی‌الکتریک یا فلزی بر روی سطح زیرلایه به روش‌های فیزیکی یا شیمیایی اطلاق می‌شود. این فرآیند با اهداف زیر انجام می‌گیرد:

• اصلاح ویژگی‌های بازتاب و عبور سطح مواد

• کنترل میزان بازتاب نور

• تفکیک پرتوهای نوری

• جداسازی طیفی

• فیلتراسیون نوری

• تنظیم پلاریزاسیون

انواع پوشش‌های قابل ارائه:

1. پوشش‌های ضد بازتاب (AR):

   • کاهش تلفات نوری در سطح مشترک

   • افزایش عبوردهی سیستم‌های اپتیکی

2. پوشش‌های بازتاب‌بالا (HR):

   • ایجاد بازتابندگی کنترل‌شده

   • مناسب برای کاربردهای لیزری و تداخل‌سنجی

3. پوشش‌های طیفی:

   • تفکیک انتخابی طول‌موج‌ها

   • کاربرد در سیستم‌های طیف‌سنجی

4. پوشش‌های فلزی:

   • ایجاد بازتابندگی بالا

   • استفاده در آینه‌ها و منشورها

پوشش‌های ضد بازتاب باند پهن:

• پوشش‌های چندلایه طراحی‌شده برای محدوده‌های:

  • فرابنفش (UV)

  • مرئی (Visible)

  • مادون قرمز نزدیک (NIR)

  • مادون قرمز میانی (Mid-IR)

مزایای پوشش‌های اپتیکی:

• بهبود کارایی سیستم‌های نوری

• کاهش تلفات انرژی

• افزایش کنتراست تصویر

• امکان طراحی سیستم‌های اپتیکی فشرده

این پوشش‌ها با استفاده از پیشرفته‌ترین تکنیک‌های رسوب‌دهی و کنترل کیفیت تولید می‌شوند تا نیازهای دقیق‌ترین کاربردهای اپتیکی را برآورده سازند.

• اطلاعات فنی

سیلیکای ذوب‌شده (Fused Silica) و انواع کوارتز اپتیکی

مقدمه:
کوارتز طبیعی که با نام شیشه کوارتز نیز شناخته می‌شود، از طریق فرآیندهای مختلفی به سیلیکای ذوب‌شده تبدیل می‌گردد. این ماده یکی از پرکاربردترین و مهم‌ترین مواد در ساخت قطعات اپتیکی محسوب می‌شود.

مقایسه با کوارتز طبیعی:
سیلیکای ذوب‌شده مصنوعی در مقایسه با کوارتز طبیعی دارای مزایای زیر است:

• سختی پرتوسنجی بالاتر

• عبوردهی مطلق بهتر

• خواص اپتیکی برتر در محدوده‌های:

  • فرابنفش (UV)

  • مرئی

  • مادون قرمز نزدیک (Near IR)

  • مادون قرمز (IR)

  • تراهرتز

طبقه‌بندی کوارتز بر اساس عبوردهی طیفی:

1. JGS1 – شیشه کوارتز اپتیکی فرابنفش دور:

   • محدوده کاری: 185-2500 نانومتر

2. JGS2 – شیشه کوارتز اپتیکی فرابنفش:

   • محدوده کاری: 220-2500 نانومتر

3. JGS3 – شیشه کوارتز اپتیکی مادون قرمز:

   • محدوده کاری: 260-3500 نانومتر

طیف‌سنجی عبوردهی:

سیلیکای ذوب‌شده:

• عبوردهی بالا در محدوده 185-2600 نانومتر

• تفاوت‌های جزئی بین مدل‌های مختلف:

  • برخی مدل‌ها بیش از 80% عبوردهی در باند فرابنفش عمیق (165 نانومتر)

  • برخی دارای قله جذب در حدود 2800 نانومتر

  • برخی مدل‌ها تا 3500 نانومتر بیش از 80% عبوردهی دارند

کوارتز طبیعی:

• عبوردهی بالا فقط در محدوده 270-2600 نانومتر

• عبوردهی بسیار کمتر در باند فرابنفش نسبت به سیلیکای ذوب‌شده

• بازتابندگی:

  • در هر دو نوع کمتر از 10%

  • در فرابنفش نزدیک حدود 10%

  • با افزایش طول‌موج به تدریج کاهش یافته و در مادون قرمز نزدیک به حدود 6% می‌رسد

نتیجه‌گیری:
سیلیکای ذوب‌شده مصنوعی به دلیل طیف عبوردهی وسیع‌تر و عملکرد بهتر در محدوده فرابنفش، برای کاربردهای اپتیکی پیشرفته گزینه مناسب‌تری نسبت به کوارتز طبیعی محسوب می‌شود.

تک‌بلور (مونوکریستال)

ویژگی‌های ظاهری:

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

  • هیچ مرز دانهای (grain boundaries) قابل مشاهده نیست

  • نوارهای بافتی شبیه به سبدبافی (wicker-like stripes) روی سطح کریستال دیده نمی‌شود

توجیه علمی:
ساختار تک‌بلور به دلیل دارا بودن شبکه کریستالی کاملاً یکنواخت و پیوسته، فاقد هرگونه ناهمگونی مرئی در سطح نمونه می‌باشد. این ویژگی، مونوکریستال را از مواد پلی‌کریستال یا نانوبلور متمایز می‌سازد.

ملاحظات:

• این مشخصه ظاهری نشان‌دهنده کیفیت بالای کریستال و یکپارچگی ساختاری آن است

• عدم وجود مرز دانهای و ناهمسانگردی مرئی، از عوامل کلیدی در کاربردهای اپتیکی حساس محسوب می‌شود

زیرکریستال (Sub-crystal)

مشخصه‌های ظاهری:

• در بررسی با چشم غیرمسلح و تحت نور روز:

  • نوارهای موج‌دار شبیه به برگ بید (willow stripes) روی سطح کریستال مشاهده می‌شود

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

  • پس از پرداخت (پولیش)، این نوارها قابل رؤیت نیستند

توجیه علمی:
این پدیده ناشی از وجود نواحی با جهت‌گیری بلوری جزئی یا تغییرات ریزساختاری در ماده است که:

• تحت نور مرئی به صورت نوارهای موجدار ظاهر می‌شوند

• ناشی از تنش‌های باقیمانده یا تغییرات چگالی نابجایی‌ها هستند

• فرآیند پولیش با حذف لایه سطحی این اثر را از بین می‌برد

ملاحظات فنی:

• محدودیت ۱/۶ قطر انتهایی نشان‌دهنده تأثیر ناچیز این ناهمسانگردی بر خواص کلی بلور است

• این ویژگی در کاربردهای اپتیکی با دقت متوسط قابل قبول است

چندبلور (پلی‌کریستال)

ویژگی‌های ظاهری:

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

  • خطوط مرز بلوری نافذ (penetrating crystal boundary lines) به وضوح روی سطح کریستال قابل مشاهده هستند

  • اختلاف محسوسی در میزان تیرگی و روشنی دو طرف این مرزها وجود دارد

توجیه علمی:
ساختار چندبلور متشکل از دانه‌های کریستالی متعدد با جهت‌گیری‌های متفاوت است که:

• مرزهای بین این دانه‌ها (grain boundaries) به صورت خطوط واضح دیده می‌شوند

• تفاوت در جهت‌گیری بلوری دانه‌های مجاور باعث شکست و بازتاب متفاوت نور می‌شود

• این پدیده منجر به ایجاد کنتراست نوری بین دانه‌های مجاور می‌گردد

ملاحظات فنی:

• وجود مرزهای بلوری مشخص از ویژگی‌های ذاتی مواد چندبلوری است

• این ناهمسانگردی نوری (optical anisotropy) در کاربردهای اپتیکی حساس ممکن است محدودیت ایجاد کند

• میزان کنتراست مرزها به اختلاف جهت‌گیری بلوری دانه‌های مجاور بستگی دارد

مواد اپتیکی و کاربردهای آنها

1. شیشه اپتیکی N-BK7:

• پرکاربردترین شیشه اپتیکی برای تولید قطعات باکیفیت

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

• کاربرد گسترده در تلسکوپ‌ها و سیستم‌های لیزری

• گزینه اقتصادی زمانی که مزایای سیلیکای ذوب شده UV مورد نیاز نیست

2. سیلیکای ذوب شده UV:

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

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

• مناسب برای لیزرهای پرتوان و کاربردهای تصویربرداری دقیق

3. فلورید کلسیم (CaF2):

• عبوردهی بالا در محدوده 180 نانومتر تا 8 میکرومتر

• ضریب شکست پایین

• کاربرد در طیف‌سنج‌ها، تصویربرداری حرارتی و لیزرهای اگزایمر

• مقاومت بالا در برابر آسیب‌های لیزری

4. فلورید باریم (BaF2):

• محدوده عبوردهی گسترده (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، 800°C در محیط خشک)

• ملاحظات ایمنی: نیاز به استفاده از دستکش هنگام کار

5. فلورید منیزیم (MgF2):

• مناسب برای محدوده 200 نانومتر تا 6 میکرومتر

• مقاومت بالا در برابر:

  • خوردگی شیمیایی

  • آسیب لیزری

  • شوک مکانیکی و حرارتی

• سختی موس: 415

• ضریب شکست: 1.38

6. سلنید روی (ZnSe):

• عبوردهی بالا در 600 نانومتر تا 16 میکرومتر

• مناسب برای:

  • تصویربرداری حرارتی

  • سیستم‌های پزشکی

  • لیزرهای CO2 پرتوان

• ملاحظات:

  • ماده نرم (سختی موس 120)

  • نیاز به مراقبت ویژه در حمل و نگهداری

7. سیلیکون (Si):

• مناسب برای محدوده 1.2 تا 8 میکرومتر

• مزایا:

  • چگالی پایین

  • سختی بالا (موس 1150)

• محدودیت: جذب بالا در 9 میکرومتر

8. ژرمانیم (Ge):

• محدوده کاری: 2 تا 16 میکرومتر

• ویژگی‌ها:

  • ضریب شکست بالا

  • ابیراهی رنگی کم

• محدودیت‌ها:

  • حساسیت دمایی (کاربرد تا 100°C)

  • چگالی بالا (5.33 گرم بر سانتیمتر مکعب)

• کاربردها:

  • تصویربرداری حرارتی

  • سیستم‌های FLIR

9. سولفید روی CVD (ZnS):

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

• کاربردهای پیشرفته:

  • پنجره‌های “تری-اپتیکال”

  • پنجره‌های ترکیبی لیزر مادون قرمز نزدیک/دو رنگ مادون قرمز

• ماده کلیدی برای پنجره‌های LWIR

هر یک از این مواد با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد خود در کاربردهای اپتیکی خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب ماده مناسب به پارامترهای طراحی سیستم از جمله محدوده طیفی مورد نیاز، شرایط محیطی و الزامات مکانیکی بستگی دارد.