پنجره‌های مستطیلی سوراخ‌دار از جنس سیلیکای ذوب شده

پنجره‌های مستطیلی مته‌کاری‌شده از جنس سیلیکای ذوب شده (UVFS)

پنجره‌های نوری از جمله المان‌های پایه‌ای در اپتیک به‌شمار می‌روند که معمولاً به عنوان پنجره‌ای محافظ برای حسگرهای الکترونیکی یا آشکارسازها در برابر محیط خارجی استفاده می‌شوند. کاربرد اصلی این پنجره‌ها، جداسازی دو محیط از یکدیگر است؛ برای مثال، جداسازی فضای داخلی یک instrument از محیط خارجی، به طوری که فضای داخلی و خارجی instrument از هم ایزوله شده و بدین ترتیب از قطعات و تجهیزات داخلی محافظت شود. لازم به تأکید است که پنجره نوری، بزرگ‌نمایی سیستم اپتیکی را تغییر نمی‌دهد.

سیلیکای ذوب شده (Fused Silica) شکل آمورف (شیشه‌ای) اکسید سیلیکون (سیلیس) است. این ماده یک شیشهٔ (تیپیک) با ساختار اتمی بی‌نظم در مقیاس بلند محسوب می‌شود. این ماده با ایجاد پیوندهای عرضی در ساختار سه‌بعدی خود، دمای کاری بالا و ضریب انبساط حرارتی بسیار پایینی را فراهم می‌کند.

شرکت ما قادر به تأمین پنجره‌های مستطیلی مته‌کاری‌شده از جنس سیلیکای ذوب شده (UVFS) با ابعاد زیر می‌باشد:

• قطر: از ۲ تا ۳۰۰ میلی‌متر

• ضخامت: از ۰/۱۲ تا ۶۰ میلی‌متر

• دقت اپتیکی: تا سطح دقت ۲۰-۱۰ (یک‌دهم موج @۶۳۳ نانومتر)

فرآیندهای تولید:
این محصولات با استفاده از چهار فرآیند اصلی پولیش زیر تولید می‌شوند:

• پولیش با صفحه ژله‌ای (Gel Disc Polishing)

• پولیش سرعت بالا (High Speed Polishing)

• پولیش حلقوی (Ring Polishing)

• پولیش CNC

تجهیزات کنترل کیفیت:
دقت و کیفیت محصولات با استفاده از پیشرفته‌ترین تجهیزات اندازه‌گیری تضمین می‌شود، از جمله:

• اینترفرومتر زایگو (ZYGO)

• میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)

• eccentricسنج بازتاب و عبور

• گونیامتر ۱۵ ثانیه‌ای

• سیستم سنترینگ UV با ژل

• ضخامت‌سنگ لیزری غیرتماسی

• تصویربردار دو بعدی (2D Imager)

• قطرسنج کره (Sphere Diameter Gauge)

گزینه‌های پوشش ضدبازتاب (Coating Selection):

طیف وسیعی از پوشش‌های ضدبازتاب برای کاربردهای مختلف بر اساس محدودهٔ طول موج مورد نظر ارائه می‌شود:

• MgF₂

• پوشش ضدبازتاب برای محدوده فرابنفش (UV-AR)

• پوشش ضدبازتاب برای محدوده فرابنفش-مرئی (UV-VIS)

• پوشش ضدبازتاب گسترده مرئی (VIS-EXT)

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

• پوشش ضدبازتاب برای فروسرخ نزدیک I (NIR I)

• پوشش ضدبازتاب برای فروسرخ نزدیک II (NIR II)

• پوشش ضدبازتاب برای محدوده مخابراتی فروسرخ نزدیک (Telecom-NIR)

• پوشش ضدبازتاب برای فروسرخ موج کوتاه (SWIR)

• پوشش ضدبازتاب برای یاقوت سلب شده (YAG-BBAR)

پنجره‌های نوری از جنس سیلیکای ذوب شده

پنجره‌های نوری، صفحاتی از جنس شیشه اپتیکی هستند که پس از فرآیندهای سنگ‌زنی و پولیش، به شکلی تولید می‌شوند که دو سطح موازی با یکدیگر داشته باشند. این قطعات عموماً به عنوان محافظی برای حسگرهای الکترونیکی، لنزهای اپتیکی و دستگاه‌های لیزری به کار می‌روند.

پنجره‌های ساخته شده از سیلیکای ذوب شده، به دلیل برخورداری از ضریب عبور نور بسیار بالا، مقاومت حرارتی مطلوب و دوام عالی در شرایط محیطی گوناگون، گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای زیر محسوب می‌شوند:

• تجهیزات لیزری

• سیستم‌های تصویربرداری و سامانه‌های اپتیکی در طیف فرابنفش (UV)

• تجهیزات محافظتی در سیستم‌های ساطع‌کننده و آشکارساز (Emission and Detection)

ما توانایی تأمین این پنجره‌ها را در اندازه‌ها و ابعاد گوناگون دارا می‌باشد

پنجره‌های نوری (اپتیکی)

پنجره‌های نوری، صفحاتی از جنس شیشه‌ی اپتیکی هستند که طی فرآیندهای سنگ‌زنی و پولیش به گونه‌ای پردازش می‌شوند که دو سطح کاملاً موازی نسبت به یکدیگر تشکیل دهند. از این قطعات به‌طور متداول به عنوان یک سد حفاظتی برای حسگرهای الکترونیکی، لنزهای اپتیکی و هدهای پردازش لیزری استفاده می‌شود.

در انتخاب یک پنجره‌ی نوری مناسب، علاوه بر ویژگی‌های انتقالی (اپتیکی) ماده‌ی تشکیل‌دهنده، باید به خواص مکانیکی آن نیز توجه ویژه‌ای داشت.

پارامترهای مهم در specification پنجره‌ها عبارت‌اند از:

• ضریب عبور (Transmission) در طول موج‌های مورد نظر

• کیفیت سطح (Surface Quality) (معمولاً بر اساس استانداردهایی مانند Scratch-Dig)

• ضخامت (Thickness)

• درجه موازی بودن سطوح (Parallelism)

• جنس زیرلایه (Substrate Material)

• و سایر ویژگی‌های فیزیکی-اپتیکی

انتخاب مقادیر بهینه برای این پارامترها می‌بایست متناسب با کاربرد خاص انجام پذیرد.

سیلیکای ذوب‌شده (Fused Silica)

کوارتز طبیعی که با نام شیشه کوارتز نیز شناخته می‌شود، طی فرآیندهای مختلفی سنتز شده و به صورت سیلیکای ذوب‌شده درمی‌آید. این ماده، رایج‌ترین و مهم‌ترین ماده اولیه برای ساخت قطعات اپتیکی به شمار می‌رود.

در مقایسه با کوارتز طبیعی، سیلیکای ذوب‌شده‌ی سنتز شده، از سختی پرتویی بالاتر (Higher Radiometric Hardness) و ضریب عبور مطلق بیشتری (Higher Absolute Transmittance) برخوردار است.

این ویژگی‌های منحصر به فرد، امکان دستیابی به خواص اپتیکی ممتاز را در محدوده‌های طیفی گسترده‌ای برای این ماده فراهم می‌کنند، از جمله:

• فرابنفش (Ultraviolet)

• مرئی (Visible)

• فروسرخ نزدیک (Near-Infrared)

• فروسرخ (Infrared)

• و حتی باند تراهرتز (Terahertz Band)

مقایسه با مواد K9 و BK7

در مقایسه با مواد اپتیکی متداول مانند K9 و BK7، سیلیکای ذوب‌شده (Fused Silica) از مزایای زیر برخوردار است:

• خواص حرارتی برتر (مانند ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین)

• درجه خلوص بالاتر

• دوام محیطی عالی

این ویژگی‌های متمایز، سیلیکای ذوب‌شده را به گزینه‌ای ایده‌آل و مناسب‌تر برای کاربردهای سخت و چالش‌برانگیز (Harsh Applications) تبدیل می‌کند؛ محیط‌هایی که در معرض دماهای شدید، شوک حرارتی یا شرایط محیطی خورنده قرار دارند.

پوشش‌های اپتیکی (Optical Coatings)

پوشش‌دهی (Coating) به فرآیندی اطلاق می‌شود که در آن یک لایه نازک شفاف از جنس دی‌الکتریک یا فلز، با استفاده از روش‌های فیزیکی یا شیمیایی، بر روی سطح یک زیرلایه (Substrate) نشانده می‌شود.

هدف از این کار، تغییر ویژگی‌های بازتاب و عبور سطح ماده برای دستیابی به نیازهای خاص اپتیکی است، از جمله:

• کاهش یا افزایش بازتاب نور (Anti-Reflection / High-Reflection)

• تقسیم پرتو (Beam Splitting)

• تفکیک رنگ (Color Separation)

• فیلتراسیون نور (Filtering)

• و ایجاد پolarization

ما توانایی ارائه انواع گسترده‌ای از پوشش‌های اپتیکی را دارا می‌باشد، از قبیل:

• پوشش‌های ضدبازتاب (Anti-Reflective Coatings – AR)

• پوشش‌های بازتابنده بالا (High-Reflective Coatings – HR)

• پوشش‌های طیفی (Spectral Coatings)

• پوشش‌های فلزی (Metallic Coatings)

پوشش‌های ضدبازتاب پهن‌باند (Broadband AR) این شرکت برای محدوده‌های طیفی گوناگون از جمله فرابنفش (UV)، مرئی (Visible)، فروسرخ نزدیک (NIR) و فروسرخ میانی (Mid-IR) در دسترس هستند.

سیلیکای ذوب‌شده (Fused Silica) و کوارتز طبیعی

کوارتز طبیعی که با نام شیشه کوارتز نیز شناخته می‌شود، طی فرآیندهای مختلفی سنتز شده و به ماده‌ای به نام سیلیکای ذوب‌شده (Fused Silica) تبدیل می‌گردد. این ماده، متداول‌ترین و مهم‌ترین ماده‌ی اولیه برای ساخت قطعات اپتیکی به شمار می‌رود.

در مقایسه با کوارتز طبیعی، سیلیکای ذوب‌شده‌ی سنتزی از سختی پرتویی (Radiometric Hardness) و ضریب عبور مطلق (Absolute Transmittance) بالاتری برخوردار است. این ویژگی‌ها باعث می‌شود تا این ماده دارای خواص اپتیکی مطلوب در محدوده‌های طیفی فرابنفش (UV)، مرئی، فروسرخ نزدیک (Near-IR)، فروسرخ (IR) و همچنین باند تراهرتز باشد.

طبقه‌بندی انواع شیشه کوارتز بر اساس محدوده عبور:

مشخصات عبور نوری شیشه های کوارتز بر اساس استانداردهای رایج به شرح زیر دسته‌بندی می‌شوند:

• JGS1: شیشه کوارتز اپتیکی فرابنفش دور
  محدوده عبور: ۱۸۵ تا ۲۵۰۰ نانومتر

• JGS2: شیشه کوارتز اپتیکی فرابنفش
  محدوده عبور: ۲۲۰ تا ۲۵۰۰ نانومتر

• JGS3: شیشه کوارتز اپتیکی فروسرخ
  محدوده عبور: ۲۶۰ تا ۳۵۰۰ نانومتر

طیف‌نمایی عبور (Transmission Spectroscopy)

شکل ۱: منحنی‌های عبور سیلیکای ذوب‌شده
نمودار فوق طیف‌های عبور چند نمونه تجاری از سیلیکای ذوب‌شده را نشان می‌دهد. همان‌طور که مشاهده می‌شود، تمامی نمونه‌ها در محدوده ۱۸۵ تا ۲۶۰۰ نانومتر، ضریب عبور بسیار بالایی دارند. بسته به نوع و مدل محصول، طیف عبور می‌تواند کمی متفاوت باشد. به عنوان مثال:

• برخی نمونه‌ها در محدوده فرابنفش عمیق (Deep UV) در طول موج ۱۶۵ نانومتر، همچنان بیش از ۸۰٪ عبور دارند.

• برخی نمونه‌ها یک قله جذب در نزدیکی ۲۸۰۰ نانومتر نشان می‌دهند.

• برخی دیگر می‌توانند عبور بیش از ۸۰٪ را تا طول موج ۳۵۰۰ نانومتر حفظ کنند.

شکل ۲: منحنی عبور کوارتز طبیعی
نمودار زیر طیف عبور کوارتز طبیعی را نشان می‌دهد. همان‌طور که مشخص است، این ماده تنها در محدوده ۲۷۰ تا ۲۶۰۰ نانومتر از عبور بالا برخوردار است و عملکرد آن در محدوده فرابنفش به مراتب ضعیف‌تر از سیلیکای ذوب‌شده است.

بازتابندگی: میزان بازتابندگی در هر دو ماده کوارتز طبیعی و سیلیکای ذوب‌شده تقریباً یکسان و کمتر از ۱۰٪ است. این مقدار در محدوده فرابنفش نزدیک به حدود ۱۰٪ می‌رسد و با افزایش طول موج، به تدریج کاهش یافته و در محدوده فروسرخ نزدیک به approximately ۶٪ (حدود ۶٪) می‌رسد.

• دقت علمی: از معادل‌های دقیق و پذیرفته‌شده‌ی تخصصی (مانند سیلیکای ذوب‌شده، ضریب عبور، سختی پرتویی، طیف‌نمایی عبور) استفاده شده است.

• روانی: جملات به صورت گویا و بدون پیچیدگی غیرضروری بازنویسی شده‌اند.

• ساختار منطقی: اطلاعات به صورت بخش‌بندی‌شده و با تیترهای واضح ارائه شده‌اند تا درک مطلب آسان‌تر شود.

• شرح تصاویر: به جای عبارت کلی “These two images”، به طور مشخص به “شکل ۱” و “شکل ۲” ارجاع داده شده که استانداردتر است.

• ذکر جزئیات: تفاوت‌های بین نمونه‌های مختلف سیلیکای ذوب‌شده و همچنین مقایسه با کوارتز طبیعی به وضوح و با ذکر اعداد و ارقام توضیح داده شده است.

تک‌بلور (Monocrystalline)

• در بررسی با چشم غیرمسلح زیر نور روز، هیچ مرز دانه یا نوارهای حصیری‌شکل قابل مشاهده‌ای روی سطح کریستال وجود ندارد.

شیشه اپتیکی N-BK7

N-BK7 پرکاربردترین شیشه اپتیکی برای ساخت قطعات نوری با کیفیت بالا است که از عبور نور عالی در محدوده طول‌موج مرئی تا فروسرخ نزدیک (2000-350 نانومتر) برخوردار می‌باشد. این ماده کاربردهای گسترده‌ای در تلسکوپ‌ها، سیستم‌های لیزری و سایر زمینه‌های اپتیکی دارد. معمولاً زمانی از N-BK7 استفاده می‌شود که مزایای اضافی سیلیکای ذوب‌شده فرابنفش (شامل عبور نور بسیار عالی و ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین در محدوده فرابنفش) مورد نیاز نباشد.

سیلیکای ذوب‌شده فرابنفش (UV Fused Silica)

سیلیکای ذوب‌شده فرابنفش، عبور نور بالایی از محدوده فرابنفش تا فروسرخ نزدیک (2100-185 نانومتر) دارد. این ماده در مقایسه با H-K9L (N-BK7) از یکنواختی بهتر و ضریب انبساط حرارتی پایین‌تری برخوردار است که آن را برای کاربردهای لیزرهای توان بالا و سیستم‌های تصویربرداری بسیار مناسب می‌سازد.

فلورید کلسیم (CaF₂)

با توجه به عبور نور بالا و ضریب شکست پایین در محدوده طول‌موج ۸-۱۸۰ نانومتر، از فلورید کلسیم معمولاً به عنوان پنجره و لنز در طیف‌سنج‌ها و سیستم‌های تصویربرداری حرارتی استفاده می‌شود. همچنین به دلیل دارا بودن آستانه آسیب لیزری بالا، کاربردهای مناسبی در لیزرهای اگزایمر دارد.

فلورید باریم (BaF₂)

فلورید باریم از عبور نور بالا در محدوده ۱۱-۲۰۰ نانومتر برخوردار بوده و در برابر تابش‌های پرانرژی مقاوم است. این ماده دارای خاصیت سنتیلاسیون عالی بوده و در ساخت قطعات نوری فروسرخ و فرابنفش کاربرد دارد. با این حال، نقطه ضعف فلورید باریم مقاومت کم آن در برابر رطوبت است. در صورت تماس با آب، عملکرد این ماده در دمای ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد، اما در محیط خشک تا ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد قابل استفاده است. لازم به ذکر است که هنگام کار با این ماده باید از دستکش استفاده شده و پس از کار دست‌ها به طور کامل شسته شوند.

فلورید منیزیم (MgF₂)

فلورید منیزیم برای کاربردهای محدوده طول‌موج ۶-۲۰۰ نانومتر ایده‌آل است. این ماده به‌ویژه در محدوده فرابنفش عمیق و فروسرخ دور از دوام بالایی برخوردار است. فلورید منیزیم مقاومت بالایی در برابر خوردگی شیمیایی، آسیب لیزری، شوک مکانیکی و شوک حرارتی دارد. سختی این ماده (۴۱۵) از فلورید کلسیم بیشتر اما نسبت به سیلیکای ذوب‌شده نرم‌تر است و دارای هیدرولیز جزئی می‌باشد. ضریب شکست فلورید منیزیم ۱٫۳۸ است.

سلنید روی (ZnSe)

سلنید روی از عبور نور بالا در محدوده ۱۶-۶۰۰ نانومتر برخوردار بوده و معمولاً در سیستم‌های تصویربرداری حرارتی، فروسرخ و پزشکی استفاده می‌شود. همچنین به دلیل جذب کم، برای استفاده در لیزرهای CO₂ توان بالا بسیار مناسب است. باید توجه داشت که سلنید روی ماده‌ای نسبتاً نرم (سختی ۱۲۰) بوده و به راحتی خش برمی‌دارد، بنابراین استفاده از آن در محیط‌های خشن توصیه نمی‌شود. هنگام کار با این ماده باید نهایت دقت را به کار برد و از دستکش یا پوشش محافظ انگشت استفاده نمود. از به کار بردن انبرک یا ابزارهای دیگر برای نگهداری این ماده باید خودداری کرد.

سیلیکون (Si)

سیلیکون برای استفاده در محدوده فروسرخ نزدیک (۸-۱٫۲ میکرومتر) مناسب است. با توجه به چگالی پایین، این ماده به‌ویژه در کاربردهای حساس به وزن، به‌طور خاص در محدوده ۵-۳ میکرومتر، مناسب می‌باشد. سختی سیلیکون (۱۱۵۰) از ژرمانیم بیشتر و در عین حال کمتر شکننده است. به دلیل داشتن باند جذب قوی در ۹ میکرومتر، برای کاربردهای انتقالی در لیزرهای CO₂ مناسب نیست.

ژرمانیم (Ge)

ژرمانیم برای استفاده در محدوده فروسرخ نزدیک (۱۶-۲ میکرومتر) مناسب بوده و برای لیزرهای فروسرخ بسیار مطلوب است. با توجه به ضریب شکست بالا، انحنای سطح کم و ابیراهی رنگی پایین، معمولاً در سیستم‌های تصویربرداری توان پایین نیاز به تصحیح اضافی ندارد. با این حال، ژرمانیم به شدت تحت تأثیر دما قرار گرفته و با افزایش دما، عبور نور آن کاهش می‌یابد؛ بنابراین تنها می‌تواند در دماهای زیر ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد به کار رود. چگالی ژرمانیم (۵٫۳۳ g/cm³) در طراحی سیستم‌های با محدودیت وزن دقیق باید در نظر گرفته شود. لنزهای ژرمانیم با پرداخت سطحی دقیق توسط دستگاه تراش الماسه تولید شده که آن‌ها را برای کاربردهای مختلف فروسرخ از جمله سیستم‌های تصویربرداری حرارتی، جداسازهای پرتو فروسرخ، دوربین‌های اندازه‌گیری دور و سیستم‌های فروسرخ پیش‌نگر (FLIR) مناسب می‌سازد.

روی سولفید CVD (CVD ZnS)

CVD ZnS تنها ماده اپتیکی فروسرخ – پس از الماس – است که محدوده طول‌موجی از مرئی تا فروسرخ موج بلند (LWIR) و حتی طول‌موج‌های مایکروویو را پوشش می‌دهد و در حال حاضر مهم‌ترین ماده برای پنجره‌های LWIR محسوب می‌شود. از این ماده می‌توان به عنوان پنجره و لنز در سیستم‌های تصویربرداری حرارتی با وضوح بالا و همچنین در کاربردهای پیشرفته نظامی مانند پنجره‌های “چند-اپتیکی” و پنجره‌های کامپوزیتی لیزر فروسرخ نزدیک/فروسرخ دو-رنگ استفاده نمود.