لنزهای دوکوژ از جنس فلوئورید لیتیم

توضیحات

لنزهای دوکوژ (Double-Convex) از جنس فلوئورید لیتیم (LiF)

کریستال فلوئورید لیتیم (LiF) یکی از مواد متداول در حوزه اپتیک مادون قرمز محسوب می‌شود که دارای ویژگی‌های منحصر به فرد زیر است:

• کمترین ضریب شکست در میان مواد اپتیکی مادون قرمز

• محدوده عبوردهی گسترده: 120 نانومتر تا 7000 نانومتر

• کاربردهای اصلی:

  • سیستم‌های تصویربرداری حرارتی

  • اپتیک سیستم‌های هوافضایی

  • سیستم‌های لیزری اگزایمر

  • ساخت لنزها، منشورها و پنجره‌های اپتیکی

مشخصات لنزهای دوکوژ:

این لنزها دارای دو سطح محدب کروی هستند که شامل:

• سطح ورودی (Incident surface)

• سطح خروجی (Emitting surface)

ویژگی‌های کانونی:

• فاصله کانونی بلندتر در مرکز لنز

• فاصله کانونی کوتاه‌تر در حاشیه لنز

قابلیت‌های تولیدی شرکت ما:

• تولید لنزهای دوکوژ فلوئورید لیتیم با مشخصات:

  • قطر: 2 تا 300 میلی‌متر

  • ضخامت: 0.12 تا 60 میلی‌متر

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

فرآیندهای پرداخت پیشرفته:

1. پرداخت با دیسک ژله‌ای

2. پرداخت سرعت بالا

3. پرداخت حلقوی

4. پرداخت CNC

تجهیزات کنترل کیفیت:

• اینترفرومتر ZYGO با دقت نانومتری

• میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)

• اکسنتری‌سنج بازتابی و عبوری

• گونیومتر 15 ثانیه‌ای

• سیستم مرکزبندی UV ژل

• ضخامت‌سنج لیزری غیرتماسی

• تصویربردار دو بعدی با دقت بالا

• 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 و NIR II

• پوشش ضدبازتاب Telecom-NIR

• پوشش ضدبازتاب SWIR

• پوشش ضدبازتاب YAG-BBAR

این لنزها با بالاترین استانداردهای کیفی تولید می‌شوند و برای کاربردهای تخصصی در سیستم‌های اپتیکی پیشرفته مناسب هستند. کیفیت سطحی و دقت اپتیکی این لنزها نیازهای دقیق‌ترین کاربردهای صنعتی و تحقیقاتی را برآورده می‌سازد.

 

 

• معرفی محصول:

لنزهای دوکوژ (Biconvex Lenses) و پارامترهای طراحی

ساختار و عملکرد اپتیکی:
لنزهای دوکوژ دارای دو سطح کروی با شعاع انحنای یکسان هستند که این ویژگی منجر به خصوصیات زیر می‌شود:

• ایجاد فاصله جسم و تصویر تقریباً برابر (در شرایطی که اختلاف ناچیز باشد)

• تمرکز نور در یک نقطه کانونی با فاصله کانونی مثبت

• قابلیت استفاده در دو حالت عملکردی اصلی:
  ۱. متمرکز کردن پرتوهای موازی (تبدیل پرتو موازی به نقطهای)
  ۲. موازیسازی نور نقطهای (تبدیل منبع نقطهای به پرتو موازی)

پارامترهای طراحی کلیدی:

کاربردهای اصلی:

• سیستم‌های تصویربرداری پزشکی و صنعتی

• تجهیزات میکروسکوپی

• سیستم‌های لیزر و اپتیک فوتونیک

• دستگاه‌های اندازه‌گیری دقیق

• تجهیزات بینایی ماشین

ملاحظات طراحی:
۱. برای کاربردهای با دقت بالا، دقت سطحی حداقل λ/4 توصیه می‌شود.
۲. در سیستم‌های لیزری پرتوان، مواد با مقاومت حرارتی بالا ترجیح داده می‌شوند.
۳. انتخاب ضخامت بهینه لنز بر اساس فاصله کانونی مورد نیاز و محدودیت‌های فضایی انجام می‌شود.
۴. در طراحی سیستم‌های فشرده، ابعاد فیزیکی و وزن لنزها از عوامل تعیین‌کننده هستند.

انتخاب پارامترها:
پارامترهای مناسب باید بر اساس موارد زیر انتخاب شوند:

• محدوده طیفی مورد نیاز (فرابنفش، مرئی، مادون قرمز)

• شرایط محیطی عملیاتی (دما، رطوبت، ارتعاش)

• دقت مورد نیاز در سیستم اپتیکی

• الزامات مکانیکی و دوام فیزیکی

این لنزها به دلیل سادگی طراحی و عملکرد قابل پیش‌بینی، از پرکاربردترین المان‌ها در سیستم‌های اپتیکی هستند. طراحی بهینه مستلزم درک دقیق از نیازهای هر کاربرد خاص می‌باشد.

کریستال فلوئورید لیتیم (LiF) – ویژگی‌ها و کاربردهای اپتیکی

ویژگی‌های کلیدی:

• محدوده عبوردهی گسترده: ۱۱۰ تا ۶۶۰۰ نانومتر

• عبوردهی بسیار بالا در محدوده فرابنفش خلأ (VUV) – بالاترین میزان در بین مواد شناخته شده

• ضریب شکست پایین در محدوده مادون قرمز

کاربردهای تخصصی:

۱. در محدوده فرابنفش:

• به عنوان پنجره اپتیکی در سیستم‌های فرابنفش

• جزء ضروری در:

  • پروب‌های الکترونی

  • آنالایزرهای فلورسانس

  • دستگاه‌های اپتیکی بزرگ

۲. در محدوده مادون قرمز:

• پنجره اپتیکی برای:

  • لیزرهای مادون قرمز

  • دستگاه‌های دید در شب مادون قرمز

• مزیت: پایین‌ترین ضریب شکست در بین مواد اپتیکی مادون قرمز

مزایای منحصر به فرد:
۱. عملکرد بی‌نظیر در محدوده VUV
۲. پایداری شیمیایی و حرارتی مناسب
۳. کاهش اتلاف نوری به دلیل ضریب شکست پایین
۴. مناسب برای کاربردهای طیف‌سنجی دقیق

ملاحظات فنی:

• نیاز به محیط کنترل شده در کاربردهای حساس

• حساسیت به رطوبت در دماهای بالا

• نیاز به پرداخت سطح با دقت بالا (تا λ/10)

این کریستال به دلیل ترکیب بی‌نظیر خواص اپتیکی، جایگاه ویژه‌ای در سیستم‌های اپتیکی پیشرفته دارد و برای کاربردهای تخصصی در محدوده فرابنفش و مادون قرمز گزینه‌ای ایده‌آل محسوب می‌شود.

 

ویژگی‌های حساسیت حرارتی و شیمیایی فلوئورید لیتیم (LiF):

۱. حساسیت به شوک حرارتی:

• کریستال LiF تحمل پایینی در برابر تغییرات ناگهانی دما دارد

• احتمال ایجاد ترک و شکست در اثر تنش‌های حرارتی ناگهانی

• نیاز به گرمایش و سرمایش تدریجی در فرآیندهای حرارتی

۲. واکنش با رطوبت محیطی:

• در دماهای بالاتر از ۴۰۰°C:

  • شروع واکنش با رطوبت هوا

  • تشکیل ترکیبات هیدروکسیدی

  • تخریب تدریجی ساختار کریستالی

• کاهش محسوس کیفیت اپتیکی در اثر این واکنش‌ها

راهکارهای عملیاتی:

• استفاده در محیط‌های کنترل شده رطوبتی

• محدود کردن دمای کاری به زیر ۴۰۰°C در شرایط مرطوب

• به کارگیری سیستم‌های عایق‌بندی حرارتی

• استفاده از پوشش‌های محافظ در کاربردهای دمای بالا

ملاحظات طراحی:
۱. در طراحی سیستم‌های حرارتی باید ضریب انبساط حرارتی LiF در نظر گرفته شود
۲. برای کاربردهای پرتوی پرانرژی، خنک‌کننده‌های مناسب پیش‌بینی شود
۳. در محیط‌های صنعتی، حفاظت در برابر نوسانات دمایی ضروری است

این ویژگی‌ها نیاز به اعمال تمهیدات ویژه در کاربردهای عملی این ماده دارد

 

 

 

• اطلاعات فنی

مشخصات فنی کریستال‌های درجه DUV (فرابنفش عمیق)

ویژگی‌های اصلی:

۱. ابعاد استاندارد:

• قطرهای معمول: ۵۰ و ۱۰۰ میلی‌متر

• حداکثر اندازه قابل تولید: ۱۲۰ میلی‌متر

۲. مشخصات اپتیکی:

• محدوده کاری: ۱۱۰ نانومتر تا ۶ میکرومتر

• ساختار کریستالی: تک‌بلوری (Monocrystalline)

• مقادیر عبوردهی:

  • بیش از ۷۰% در ۱۴۰ نانومتر

  • بیش از ۹۰% در ۲۸۰ نانومتر

  • بیش از ۹۰% در ۵ میکرومتر

• عبوردهی داخلی: بیش از ۹۹% در ۲۸۰ نانومتر (برای نمونه ۱۰ میلی‌متری)

۳. پارامترهای کیفی:

• دوگانگی تنش نوری: حداکثر ۱۰ نانومتر بر سانتیمتر در ۶۳۳ نانومتر

• آزمون کنترل کیفیت با نور سبز:

  • توان ۲۵-۱۲۵ میلی‌وات

  • عدم مشاهده ستون نور، حباب یا ذرات پراکنده

کاربردهای تخصصی:

• سیستم‌های لیتوگرافی پیشرفته

• طیف‌سنجی فرابنفش عمیق

• اپتیک لیزرهای اگزایمر

• تحقیقات در فیزیک پلاسما

• سیستم‌های نوری فضایی

ملاحظات فنی:
۱. تمامی اندازه‌گیری‌ها بر اساس نمونه‌های با ضخامت استاندارد ۱۰ میلی‌متر انجام شده است.
۲. کریستال‌های با این درجه کیفی نیاز به روش‌های رشد پیشرفته (مانند Czochralski) دارند.
۳. برای حفظ کیفیت اپتیکی، نگهداری در محیط‌های کنترل شده رطوبتی توصیه می‌شود.
۴. این مواد به دلیل ساختار تک‌بلوری، عملکرد بهتری در کاربردهای پرتوی پرانرژی دارند.

آزمون عبوردهی نوری کریستال‌های فلوئورید لیتیم (LiF)

تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده:
۱. طیف‌سنج فرابنفش-مرئی (UV-Visible Spectrophotometer)
۲. کرنش‌سنج‌های دقیق (Strain gauges)
۳. لیزر اشاره‌گر سبز (توان ۲۵-۱۲۵ میلی‌وات)

مشخصات نمونه‌های آزمایشی:

• جنس نمونه: کریستال فلوئورید لیتیم با خلوص اپتیکی

• ابعاد نمونه:

  • قطر: ۲۰ تا ۵۰ میلی‌متر

  • ضخامت: ۱۰ ± ۰٫۵ میلی‌متر

• پرداخت سطح:

  • کیفیت سطحی ۸۰/۵۰

  • پرداخت دوطرفه (Through-polished)

محدوده‌های طیفی آزمون:
۱. محدوده فرابنفش-مرئی: ۱۹۰ تا ۱۱۰۰ نانومتر
۲. محدوده مادون قرمز: ۲٫۵ تا ۱۲ میکرومتر

شرایط کیفی مورد نیاز:

• عبوردهی نوری باید بیش از ۹۲٪ در طول موج ۲۸۰ نانومتر باشد (برای نمونه‌های ۱۰ میلی‌متری)

پروتکل آزمایش:
۱. آماده‌سازی نمونه:

• تمیزکاری سطح با روش‌های استاندارد اپتیکی

• بررسی کیفیت سطح با میکروسکوپ

۲. کالیبراسیون دستگاه‌ها:

• کالیبراسیون طیف‌سنج با استانداردهای مرجع

• تنظیم کرنش‌سنج‌ها برای اندازه‌گیری تنش‌های باقیمانده

۳. انجام آزمون‌ها:

• اندازه‌گیری عبوردهی در محدوده‌های تعیین شده

• بررسی یکنواختی عبوردهی

• تست کیفیت سطح با لیزر سبز

ملاحظات فنی:

• دمای آزمایشگاه باید در ۲۳ ± ۲ درجه سانتیگراد ثابت باشد

• رطوبت نسبی باید در محدوده ۴۵ ± ۵٪ کنترل شود

• نمونه‌ها باید عاری از هرگونه خراش یا نقص سطحی باشند

• نتایج باید با استانداردهای بین‌المللی مطابقت داشته باشد

ساختار تک‌بلوری (Monocrystalline)

ویژگی‌های ظاهری:

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

  • هیچ مرز دانهای (grain boundaries) قابل مشاهده نیست

  • هیچ گونه نوارهای موجدار شبیه بافت سبد (wicker-like stripes) روی سطح دیده نمیشود

توجیه علمی:
این ویژگی ناشی از:
۱. ساختار بلوری کاملاً یکنواخت در سرتاسر نمونه
۲. جهتگیری اتمی یکسان در تمام حجم ماده
۳. عدم وجود ناخالصیهای مرزدانهای یا عیوب بلوری قابل مشاهده

مزایای کلیدی:

• یکنواختی اپتیکی عالی در تمام سطح نمونه

• کاهش پراکندگی نور و تلفات اپتیکی

• مناسب برای کاربردهای حساس به ناهمسانگردی

• کیفیت تصویربرداری بالا در سیستمهای اپتیکی دقیق

روش ارزیابی کیفی:
۱. مشاهده در نور طبیعی روز (بدون ابزار بزرگنمایی)
۲. استفاده از زوایای تابش مختلف (30-45 درجه)
۳. چرخش نمونه برای بررسی از جهات مختلف
۴. نورپردازی مناسب برای تشخیص عیوب سطحی

ملاحظات فنی:

• این مشخصه نشانگر کیفیت بالای رشد بلور است

• از مهمترین شاخصهای کیفی در مواد اپتیکی محسوب میشود

• برای کاربردهای لیزرهای پرتوان و سیستمهای تصویربرداری دقیق ضروری است

• هزینه تولید بالاتری نسبت به مواد چندبلوری دارد

• نیاز به روشهای رشد پیشرفته مانند Czochralski دارد

 

ساختار زیرکریستالی (Sub-crystal)

ویژگی‌های ظاهری:

• در بررسی چشمی با نور طبیعی روز:

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

  • مساحت این نوارها کمتر از یک‌ششم قطر نمونه (end diameter) است

  • پس از پرداخت سطحی (polishing)، این نوارها کاملاً محو می‌شوند

توجیه علمی:
این پدیده ناشی از:
۱. وجود زیرساختارهای بلوری (sub-grain structures) با جهت‌گیری‌های متفاوت
۲. تغییرات موضعی در شبکه کریستالی (local lattice distortions)
۳. تنش‌های باقیمانده ناشی از فرآیند رشد بلور
۴. ناهمسانگردی اپتیکی موضعی در مقیاس میکروسکوپی

مشخصات فنی:

• محدودیت مساحت نوارها (<1/6 قطر) نشان‌دهنده کیفیت قابل قبول ماده است

• فرآیند پولیش با حذف لایه سطحی (~10-20 میکرومتر) این ناهمسانگردی ظاهری را حذف می‌کند

• مناسب برای کاربردهای اپتیکی با دقت متوسط (λ/2 تا λ/4)

روش ارزیابی کیفی:
۱. مشاهده در نور طبیعی با زاویه تابش 30-45 درجه
۲. استفاده از نور قطبی برای تشخیص بهتر ناهمسانگردی
۳. بررسی مقایسه‌ای قبل و بعد از پرداخت سطحی
۴. تست با نور سبز 25-125mW برای بررسی عیوب

ملاحظات کاربردی:

• این ویژگی عموماً در کریستال‌های با کیفیت متوسط مشاهده می‌شود

• تأثیر محدودی بر عملکرد اپتیکی در بسیاری از کاربردها دارد

• هزینه تولید پایین‌تر نسبت به کریستال‌های تک‌بلور کامل

• نیاز به پرداخت سطحی دقیق برای کاربردهای حساس

پلی‌کریستال (چندبلوری)

● هنگام مشاهده با چشم غیرمسلح در نور روز، خطوط مرز بلورها (کریستال‌بانداری) به‌صورت نافذ روی سطح بلور دیده می‌شوند و تفاوت درجه روشنایی و تاریکی بین دو طرف این خطوط کاملاً مشهود است.

توضیح علمی:

پلی‌کریستال به ماده‌ای گفته می‌شود که از بلورهای کوچک‌متعدد با جهت‌گیری‌های متفاوت تشکیل شده است. این بلورها توسط مرزهای دانه‌ای (کریستال‌بانداری) از هم جدا می‌شوند. تفاوت در انعکاس نور در دو طرف این مرزها، ناشی از اختلاف زاویه جهت‌گیری بلورهای مجاور است که باعث تفاوت در میزان نور بازتابیده و ایجاد کنتراست بصری می‌شود.

 

انواع مواد اپتیکی و کاربردهای آنها

N-BK7

N-BK7 پرکاربردترین شیشه اپتیکی برای ساخت قطعات اپتیکی باکیفیت است. این ماده دارای عبوردهی عالی در محدوده نور مرئی تا مادون قرمز نزدیک (350-2000 نانومتر) بوده و در تلسکوپها، لیزرها و سایر زمینهها کاربرد گسترده‌ای دارد. معمولاً زمانی از N-BK7 استفاده می‌شود که مزایای اضافی سیلیکای ذوب‌شده UV (مانند عبوردهی بسیار خوب و ضریب انبساط حرارتی پایین در محدوده فرابنفش) مورد نیاز نباشد.

---

سیلیکای ذوب‌شده UV (UV Fused Silica)

سیلیکای ذوب‌شده UV عبوردهی بالایی از محدوده فرابنفش تا مادون قرمز نزدیک (185-2100 نانومتر) دارد. همچنین، یکنواختی بهتر و ضریب انبساط حرارتی کمتری نسبت به H-K9L (N-BK7) دارد، که آن را برای کاربردهای لیزرهای پرتوان و سیستم‌های تصویربرداری ایده‌آل می‌کند.

---

فلورید کلسیم (Calcium Fluoride – CaF₂)

به‌دلیل عبوردهی بالا و ضریب شکست پایین در محدوده 180 نانومتر تا 8 میکرومتر، از فلورید کلسیم به‌عنوان پنجره و لنز در طیف‌سنج‌ها و سیستم‌های تصویربرداری حرارتی استفاده می‌شود. همچنین، به‌دلیل تحمل بالا در برابر آسیب لیزر، در لیزرهای اگزایمر کاربرد دارد.

---

فلورید باریم (Barium Fluoride – BaF₂)

فلورید باریم عبوردهی بالایی در محدوده 200 نانومتر تا 11 میکرومتر دارد و در برابر تابش‌های پرانرژی مقاوم است. این ماده دارای خاصیت سینتیلاسیون عالی بوده و در ساخت قطعات اپتیکی فرابنفش و مادون قرمز استفاده می‌شود.
معایب: مقاومت کم در برابر رطوبت؛ در صورت تماس با آب، عملکرد آن در دمای 500°C کاهش می‌یابد، اما در محیط خشک تا 800°C قابل استفاده است.
هشدار: هنگام کار با این ماده حتماً از دستکش استفاده کنید و پس از تماس، دست‌ها را کاملاً بشویید.

---

فلورید منیزیم (Magnesium Fluoride – MgF₂)

فلورید منیزیم برای کاربردهای اپتیکی در محدوده 200 نانومتر تا 6 میکرومتر ایده‌آل است. این ماده در مقایسه با سایر مواد، در محدوده فرابنفش عمیق و مادون قرمز دور بادوام‌تر است و مقاومت بالایی در برابر خوردگی شیمیایی، آسیب لیزر، شوک مکانیکی و شوک حرارتی دارد.

• سختی موس: 415

• ضریب شکست: 1.38

• نسبت به سیلیکای ذوب‌شده نرم‌تر است، اما از فلورید کلسیم سخت‌تر بوده و هیدرولیز جزئی دارد.

---

سلنید روی (Zinc Selenide – ZnSe)

سلنید روی عبوردهی بالایی در محدوده 600 نانومتر تا 16 میکرومتر دارد و معمولاً در تصویربرداری حرارتی، سیستم‌های مادون قرمز و پزشکی استفاده می‌شود. همچنین، به‌دلیل جذب پایین، برای لیزرهای CO₂ پرتوان مناسب است.
معایب:

• ماده‌ای نرم است (سختی موس 120) و به راحتی خط برمی‌دارد.

• برای محیط‌های خشن توصیه نمی‌شود.

• هنگام تماس، از دستکش یا پوشش انگشت استفاده شود و از تماس با انبرک یا ابزارهای دیگر خودداری شود.

---

سیلیکون (Silicon – Si)

سیلیکون در محدوده مادون قرمز نزدیک (1.2-8 میکرومتر) کاربرد دارد. به‌دلیل چگالی کم، برای سیستم‌های حساس به وزن (به‌ویژه در محدوده 3-5 میکرومتر) مناسب است.

• سختی موس: 1150 (سخت‌تر از ژرمانیوم و کمتر شکننده)

• به‌دلیل جذب بالا در طول موج 9 میکرومتر، برای لیزرهای CO₂ مناسب نیست.

---

ژرمانیوم (Germanium – Ge)

ژرمانیوم در محدوده مادون قرمز نزدیک (2-16 میکرومتر) کاربرد داشته و برای لیزرهای مادون قرمز مناسب است.
ویژگی‌ها:

• ضریب شکست بالا، انحنای سطح کم و ابیراهی رنگی پایین → در سیستم‌های تصویربرداری کم‌توان معمولاً نیازی به تصحیح ندارد.

• محدودیت دمایی: با افزایش دما، عبوردهی کاهش می‌یابد → حداکثر دمای کارکرد: 100°C.

• چگالی بالا (5.33 گرم بر سانتیمتر مکعب) → در طراحی سیستم‌های حساس به وزن باید در نظر گرفته شود.
  کاربردها: تصویربرداری حرارتی، تقسیم‌کننده‌های پرتو مادون قرمز، فلیر (FLIR) و سیستم‌های پیش‌بین مادون قرمز.

---

CVD ZnS (روی سولفید تولیدشده به روش CVD)

CVD ZnS تنها ماده اپتیکی مادون قرمز (به‌جز الماس) است که محدوده مرئی تا مادون قرمز طولانی (LWIR) و حتی امواج مایکروویو را پوشش می‌دهد و مهم‌ترین ماده برای پنجره‌های LWIR محسوب می‌شود.
کاربردها:

• پنجره و لنز در سیستم‌های تصویربرداری حرارتی با وضوح بالا

• پنجره‌های “سه‌اپتیکی” (مرئی/مادون قرمز نزدیک/مادون قرمز طولانی)

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