لنزهای دو-مقعر از جنس سیلیکون

توضیحات

لنزهای دو-مقعر سیلیکونی (Si)

سیلیکون تک‌کریستال (Si) یک ماده گازی خنثی از نظر شیمیایی با سختی بالا و نامحلول در آب است. این ماده دارای خواص انتقال نور عالی در دو محدوده زیر می‌باشد:

1. محدوده 1-7 میکرومتر

2. محدوده فروسرخ دور 30-300 میکرومتر (ویژگی منحصر به فرد در میان مواد اپتیکی فروسرخ)

کاربردهای اصلی:

• پنجره‌های اپتیکی فروسرخ میانی (3-5 میکرومتر)

• زیرلایه فیلترهای اپتیکی

• آینه‌های لیزری (به دلیل هدایت حرارتی خوب و چگالی پایین)

ویژگی‌های لنزهای دو-مقعر:

• دارای فاصله کانونی منفی

• قابلیت واگراسازی پرتوهای موازی

• مشابه لنزهای تخت-مقعر اما با کارایی بالاتر

توانایی‌های تولیدی شرکت ما:

• قطر: 2 تا 300 میلی‌متر

• ضخامت: 0.12 تا 60 میلی‌متر

• دقت سطح: تا 20-10 و λ/10 @ 633nm

فرآیندهای پرداخت:

1. پرداخت با دیسک ژلی

2. پرداخت سرعت بالا

3. پرداخت حلقوی

4. پرداخت CNC

تجهیزات کنترل کیفیت:

• اینترفرومتر ZYGO

• میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)

• انحراف‌سنج بازتاب و عبور

• گونیومتر 15 ثانیه‌ای

• سیستم مرکزبندی UV ژل

• اندازه‌گیر ضخامت لیزری غیرتماسی

• تصویربردار دو بعدی

• اندازه‌گیر قطر کروی

گزینه‌های پوشش دهی:

• MgF₂

• پوشش ضد بازتاب فرابنفش (UV-AR)

• پوشش ضد بازتاب فرابنفش-مرئی (UV-VIS)

• پوشش ضد بازتاب مرئی گسترده (VIS-EXT)

• پوشش ضد بازتاب مرئی-فروسرخ نزدیک (VIS-NIR)

• پوشش ضد بازتاب فروسرخ نزدیک I و II (NIR I, NIR II)

• پوشش ضد بازتاب مخابراتی-فروسرخ نزدیک (Telecom-NIR)

• پوشش ضد بازتاب فروسرخ موج کوتاه (SWIR)

• پوشش ضد بازتاب دوطرفه لیزر YAG (YAG-BBAR)

این لنزها با کیفیت بالا و دقت مناسب برای کاربردهای پیشرفته اپتیکی و لیزری تولید می‌شوند.

• معرفی محصول:

سیلیکون تک‌کریستال (Si) و ویژگی‌های اپتیکی آن

ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی:
سیلیکون تک‌کریستال ماده‌ای با خصوصیات منحصر به فرد است:

• از نظر شیمیایی خنثی و غیرفعال (Chemically inert)

• دارای سختی بالا (موس 7 در مقیاس موس)

• نامحلول در آب در شرایط استاندارد

خواص اپتیکی ممتاز:

1. محدوده انتقال نور بهینه:

   • عملکرد عالی در محدوده 1-7 میکرومتر (فروسرخ نزدیک و میانی)

   • عبوردهی استثنایی در محدوده فروسرخ دور (30-300 میکرومتر)

2. ویژگی‌های منحصر به فرد:

   • پهنای باند گسترده انتقال نور

   • تلفات جذب بسیار پایین در محدوده‌های ذکر شده

   • پایداری حرارتی و مکانیکی بالا

کاربردهای تخصصی:

• پنجره‌های اپتیکی در سیستم‌های تصویربرداری حرارتی

• اجزای اپتیکی در طیف‌سنج‌های فروسرخ

• زیرلایه‌های فیلترهای نوری

• المان‌های اپتیکی در سیستم‌های لیزری

مزایای کلیدی نسبت به سایر مواد:

• پایداری شیمیایی در محیط‌های خورنده

• مقاومت مکانیکی بالا در برابر تنش‌های فیزیکی

• قابلیت پرداخت سطح با کیفیت اپتیکی عالی

• قیمت مقرون به صرفه نسبت به سایر مواد اپتیکی فروسرخ

این ترکیب بی‌نظیر از خواص فیزیکی و اپتیکی، سیلیکون تک‌کریستال را به ماده‌ای ایده‌آل برای کاربردهای پیشرفته اپتیکی در محدوده فروسرخ تبدیل کرده است.

پوشش‌های اپتیکی: اصول و کاربردها

تعریف فرآیند پوشش‌دهی:
پوشش‌دهی اپتیکی به فرآیند اعمال لایه‌های نازک از مواد شفاف الکترولیتی یا فلزی بر روی سطح زیرلایه‌های اپتیکی اطلاق می‌شود. این فرآیند با استفاده از روش‌های:

• فیزیکی (مانند تبخیر در خلا و کندوپاش)

• شیمیایی (مانند رسوب‌دهی بخار شیمیایی یا CVD)
  انجام می‌پذیرد.

اهداف اصلی پوشش‌دهی:

1. تنظیم مشخصات بازتابی سطح:

   • کاهش بازتاب تا کمتر از 0.5% (پوشش‌های ضد بازتاب)

   • افزایش بازتاب تا بیش از 99.9% (آینه‌های تمام بازتاب)

2. کنترل ویژگی‌های انتقال نور:

   • ایجاد فیلترهای طیفی با دقت بالا

   • طراحی پوشش‌های قطبی‌ساز (پلاریزر)

انواع پوشش‌های تخصصی قابل ارائه:

پوشش‌های ضد بازتاب پهن‌باند:

• فرابنفش (UV): 200-400 نانومتر

• مرئی (Visible): 400-700 نانومتر

• فروسرخ نزدیک (NIR): 700-2500 نانومتر

• فروسرخ میانی (MIR): 2.5-10 میکرومتر

مزایای فنی:

• افزایش بازده نوری سیستم‌ها تا 40%

• کاهش پراکندگی نور و نوفه‌های اپتیکی

• امکان طراحی سفارشی برای نیازهای خاص

• مقاومت مکانیکی و حرارتی بالا (تا 500 درجه سانتیگراد)

این پوشش‌ها با استفاده از پیشرفته‌ترین فناوری‌های لایه‌گذاری و کنترل کیفی تولید شده و در صنایع نظامی، پزشکی، لیزر و ارتباطات نوری کاربردهای گسترده‌ای دارند.

• اطلاعات فنی

استانداردهای مواد سیلیکون تک‌کریستال

۱. مشخصات ماده:

• جنس: سیلیکون تک‌کریستال (Si)

• ترکیب شیمیایی: سیلیکون خالص (Si)

۲. درجه خلوص:

• خلوص ماده اولیه برای رشد کریستال: حداقل ۹N (۹۹.۹۹۹۹۹۹۹٪)

• خلوع ماده دوپانت: حداقل ۵N (۹۹.۹۹۹٪)

۳. کیفیت کریستال‌سازی:

• میله‌های سیلیکون تک‌کریستال باید عاری از هرگونه:

  • ساختار موزاییکی

  • مرزدانه‌ها (Grain Boundaries)

  • بلورهای دوقلو (Twin Crystals)
    باشند.

۴. چگالی نابجایی:

• حداکثر چگالی نابجایی مجاز: ۱۰۰ نابجایی بر سانتی‌متر مربع (۱۰۰ dislocations/cm²)

۵. نوع رسانایی:

• دو نوع رسانایی اصلی:

  • نوع N (N-type)

  • نوع P (P-type)

۶. جهت‌گیری کریستالوگرافی:

• جهت‌گیری‌های اصلی کریستال سیلیکون شامل موارد زیر است:

  • جهت [۱۰۰]

  • جهت [۱۱۰]

  • جهت [۱۱۱]

  (این جهت‌گیری‌ها بر اساس سیستم شاخص‌گذاری میلر تعیین می‌شوند)

ملاحظات کنترل کیفی:

• کلیه پارامترهای فوق باید با استفاده از روش‌های آنالیز پیشرفته مانند:

  • طیف‌سنجی جرمی (SIMS)

  • میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)

  • پراش پرتو ایکس (XRD)
    مورد بررسی و تأیید قرار گیرند.

استانداردهای کیفی سیلیکون تک‌کریستال

۱. مقاومت الکتریکی (رسانایی):
مقاومت الکتریکی سیلیکون تک‌کریستال بر اساس استانداردهای صنعتی به چهار کلاس اصلی تقسیم می‌شود:

• کلاس ۱: مقاومت بسیار پایین (رسانایی بالا)

• کلاس ۲: مقاومت متوسط پایین

• کلاس ۳: مقاومت متوسط بالا

• کلاس ۴: مقاومت بسیار بالا (رسانایی پایین)

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

• سطح کاملاً عاری از هرگونه آلودگی

• بدون تراشه یا شکستگی در لبه‌ها

• عاری از هرگونه ترک یا شکاف

• بدون حفره یا تخلخل سطحی

ملاحظات کنترل کیفی:

• بررسی کیفیت ظاهری باید تحت نور مناسب و با بزرگنمایی استاندارد انجام شود

• هر نمونه باید از نظر میکروسکوپی برای اطمینان از عدم وجود عیوب ریز بررسی گردد

• سطح نمونه باید مطابق با استانداردهای صنعتی پرداخت و آماده‌سازی شود

کاربردهای متناسب با هر کلاس:

• کلاس ۱ و ۲: مناسب برای کاربردهای الکترونیکی پرسرعت

• کلاس ۳ و ۴: مناسب برای کاربردهای اپتیکی و حسگرها

این استانداردهای دقیق، کیفیت و قابلیت اطمینان سیلیکون تک‌کریستال را برای کاربردهای پیشرفته تضمین می‌کنند.

آزمون عبوردهی نوری سیلیکون تک‌کریستال

ویژگی‌های نمونه‌های آزمایشی:

• نوع نمونه: سیلیکون تک‌کریستال (Monocrystalline Silicon)

• ابعاد نمونه:

  • قطر: 20 تا 50 میلی‌متر

  • ضخامت: 10 ± 0.5 میلی‌متر

• پرداخت سطحی: کیفیت سطح 80/50 (پرداخت اپتیکی استاندارد)

محدوده طیفی آزمون:

• محدوده فروسرخ میانی: 3 تا 15 میکرومتر

الزامات کیفی عبوردهی:

• حداقل عبوردهی مورد پذیرش:

  • 52.5% در محدوده 3-5 میکرومتر (برای نمونه‌های با ضخامت 10 میلی‌متر)

ملاحظات آزمایشگاهی:

1. نمونه‌ها باید با دقت آماده‌سازی و تمیز شوند

2. اندازه‌گیری باید در محیط کنترل‌شده دما و رطوبت انجام شود

3. کالیبراسیون دستگاه با استانداردهای مرجع پیش از آزمون ضروری است

4. نتایج باید با در نظر گرفتن خطای اندازه‌گیری گزارش شوند

کاربردهای مرتبط:

• پنجره‌های اپتیکی در سیستم‌های تصویربرداری حرارتی

• المان‌های اپتیکی در طیف‌سنج‌های فروسرخ

• اجزای سیستم‌های لیزری در محدوده فروسرخ

این استانداردهای آزمون، کیفیت اپتیکی سیلیکون تک‌کریستال را برای کاربردهای حساس در محدوده فروسرخ تضمین می‌نماید.

ویژگی‌های سیلیکون تک‌کریستال (Monocrystalline Silicon)

مشخصات کیفی:

• در بررسی چشمی تحت نور طبیعی روز:

  • عدم وجود مرز دانه (Grain Boundaries) قابل مشاهده

  • عدم مشاهده نوارهای بافت‌مانند (Wicker-like Stripes) در سطح کریستال

آنالیز ساختاری:

1. ساختار بلوری کاملاً یکنواخت در تمام حجم نمونه

2. عاری از هرگونه ناهمگنی ماکروسکوپی

3. جهت‌گیری کریستالوگرافی یکسان در تمام نقاط

مزایای کاربردی:

• کیفیت اپتیکی یکنواخت در تمام سطح نمونه

• کاهش پراکندگی نور و تلفات اپتیکی

• مناسب برای کاربردهای حساس در:

  • اپتیک لیزر

  • تصویربرداری پیشرفته

  • تجهیزات نیمه‌هادی

ملاحظات کنترل کیفی:

• بررسی باید تحت نور استاندارد (Daylight 6500K) انجام شود

• زاویه دید بررسی باید عمود بر سطح نمونه باشد

• عدم وجود هرگونه ناهمواری در سطح پرداخت شده

این ویژگی‌ها، سیلیکون تک‌کریستال را به ماده‌ای ایده‌آل برای کاربردهای اپتیکی و الکترونیکی پیشرفته تبدیل می‌کند.

ساختار زیرکریستالی (Sub-crystal) – ویژگی‌های کیفی

مشخصات ظاهری پیش از پرداخت:

• در بررسی چشمی تحت نور طبیعی روز:

  • مشاهده نوارهای بیدمانند (Willow Stripes) روی سطح کریستال

  • مساحت تحت پوشش این نوارها کمتر از یک ششم قطر نمونه (End Diameter)

پس از پرداخت نهایی:

• نوارهای بیدمانند کاملاً محو می‌شوند

• سطح نمونه یکدست و عاری از هرگونه ناهمواری می‌گردد

تفسیر فنی:

1. نوارهای بیدمانند نشان‌دهنده:

   • تغییرات جزئی در جهت‌گیری کریستالوگرافی

   • عدم یکنواختی موضعی در ساختار بلوری

   • تنش‌های باقیمانده در فرآیند رشد کریستال

2. پس از پرداخت:

   • کیفیت سطح به استانداردهای اپتیکی می‌رسد

   • عملکرد نوری بهبود می‌یابد

   • مناسب برای کاربردهای غیرحساس اپتیکی

کاربردهای صنعتی:

• المان‌های اپتیکی با کاربردهای عمومی

• تجهیزات آزمایشگاهی با استانداردهای متوسط

• قطعات مکانیکی با نیازمندی‌های اپتیکی محدود

ملاحظات کیفی:

• بررسی باید تحت نور استاندارد (Daylight 6500K) انجام شود

• زاویه دید باید عمود بر سطح نمونه باشد

• کیفیت پرداخت سطح باید مطابق استاندارد 80/50 باشد

این ساختار با قیمت مناسب، گزینه‌ای اقتصادی برای کاربردهای صنعتی با نیازمندی‌های متوسط محسوب می‌شود.

ساختار چندکریستالی (Polycrystalline) – ویژگی‌های کیفی و مورفولوژیکی

مشخصات ظاهری:

• در بررسی چشمی تحت نور طبیعی روز:

  • خطوط مرز دانه‌ها (Crystal Boundary Lines) به وضوح قابل تشخیص هستند

  • این مرزها به صورت نفوذی در ساختار کریستال مشاهده می‌شوند

  • اختلاف آشکار در میزان بازتاب نور بین دو طرف مرزهای کریستالی وجود دارد

تفسیر میکروساختاری:

1. وجود دانه‌های کریستالی متعدد با:

   • جهت‌گیری‌های کریستالوگرافی متفاوت

   • اختلاف زاویه بین صفحات کریستالی مجاور

   • تغییرات موضعی در ضریب شکست نوری

2. پیامدهای اپتیکی:

   • پراکندگی نور در محل مرز دانه‌ها

   • کاهش یکنواختی خواص نوری

   • ایجاد ابیراهی‌های موضعی در سیستم‌های اپتیکی

کاربردهای صنعتی:

• ساخت قطعات اپتیکی با کاربردهای عمومی

• تولید المان‌های غیرحساس در سیستم‌های تصویربرداری

• کاربرد در تجهیزات صنعتی با استانداردهای متوسط

ملاحظات کنترل کیفی:

• بررسی باید تحت شرایط نوری استاندارد (ISO 3664) انجام شود

• زاویه تابش نور باید 45±5 درجه باشد

• نمونه باید از نظر عیوب ماکروسکوپی کاملاً بررسی گردد

مزیت‌های اقتصادی:

• هزینه تولید پایین‌تر نسبت به نمونه‌های تک‌کریستالی

• امکان تولید انبوه با کیفیت یکنواخت

• سهولت ساخت در ابعاد بزرگ

این ساختار به دلیل قیمت مناسب و سهولت تولید، در بسیاری از کاربردهای صنعتی که نیاز به کیفیت اپتیکی بسیار بالا ندارند مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مواد اپتیکی و کاربردهای تخصصی آنها

1. شیشه اپتیکی N-BK7

• پرکاربردترین شیشه اپتیکی برای تولید المان‌های باکیفیت

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

• کاربرد گسترده در تلسکوپ‌ها و سیستم‌های لیزری

• گزینه اقتصادی برای کاربردهای غیرفرابنفش

2. سیلیکای ذوب‌شده UV

• محدوده عبور گسترده: 185-2100 نانومتر

• یکنواختی بالا و ضریب انبساط حرارتی پایین

• مناسب برای لیزرهای پرتوان و سیستم‌های تصویربرداری دقیق

3. فلورید کلسیم (CaF₂)

• عبوردهی بالا در محدوده 180 نانومتر تا 8 میکرومتر

• مقاومت عالی در برابر آسیب لیزر

• کاربرد در طیف‌سنج‌ها و سیستم‌های تصویربرداری حرارتی

4. فلورید باریم (BaF₂)

• محدوده عبور وسیع: 200 نانومتر تا 11 میکرومتر

• مقاوم در برابر تابش‌های پرانرژی

• ملاحظات:

  • حساس به رطوبت (حداکثر 500°C در محیط مرطوب)

  • نیاز به رعایت پروتکل‌های ایمنی

5. فلورید منیزیم (MgF₂)

• محدوده کاری: 200 نانومتر تا 6 میکرومتر

• مقاومت استثنایی در برابر:

  • خوردگی شیمیایی

  • آسیب لیزر

  • شوک مکانیکی و حرارتی

• سختی موس: 415

6. سلنید روی (ZnSe)

• محدوده عبور: 600 نانومتر تا 16 میکرومتر

• کاربردهای کلیدی:

  • تصویربرداری حرارتی

  • سیستم‌های پزشکی

  • لیزرهای CO₂ پرتوان

• ملاحظات:

  • ماده نرم (سختی موس 120)

  • نیاز به مراقبت ویژه

7. سیلیکون (Si)

• محدوده کاری: 1.2-8 میکرومتر

• مزایا:

  • چگالی پایین

  • سختی بالا (موس 1150)

• محدودیت:

  • جذب بالا در 9 میکرومتر

8. ژرمانیوم (Ge)

• محدوده کاری: 2-16 میکرومتر

• ویژگی‌ها:

  • ضریب شکست بالا

  • انحراف رنگی کم

• محدودیت‌ها:

  • حساسیت دمایی (حداکثر 100°C)

  • چگالی بالا (5.33 گرم بر سانتی‌متر مکعب)

9. ZnS تولید شده به روش CVD

• پوشش طیفی کامل از مرئی تا مادون قرمز طولانی‌موج

• کاربردهای پیشرفته:

  • پنجره‌های “سه‌اپتیکی”

  • سیستم‌های تصویربرداری حرارتی با وضوح بالا

این مواد با توجه به خواص منحصر به فردشان، انتخاب‌های ایده‌آلی برای کاربردهای تخصصی در صنایع اپتیکی و فوتونیکی محسوب می‌شوند.