پنجره‌های مستطیلی سوراخ‌دار سولفید روی

پنجره‌های مستطیلی سوراخ‌دار سولفید روی (ZnS)

پنجره نوری یکی از اجزای اساسی در اپتیک است که معمولاً به عنوان یک محافظ برای سنسورهای الکترونیکی یا آشکارسازها در برابر محیط خارجی استفاده می‌شود. از این قطعه برای جداسازی دو محیط، مانند جداسازی فضای داخلی یک ابزار دقیق از محیط بیرون استفاده می‌شود تا اجزای داخلی دستگاه از عوامل خارجی ایزوله و محافظت شوند. لازم به ذکر است که پنجره نوری، بزرگنمایی سیستم اپتیکی را تغییر نمی‌دهد.

سولفید روی (ZnS) یک ماده نیمه‌رسانای گروه II-VI با گاف انرژی پهن‌باند (eV 3.72) است که دارای عبوردهی نوری بالا در محدوده‌های طیفی مختلف شامل مادون قرمز نزدیک (μm 3-1)، مادون قرمز میانی (μm 5-3) و مادون قرمز دور (μm 12-8) می‌باشد. این ماده با برخورداری از خواص مکانیکی و حرارتی مناسب و پایداری شیمیایی مطلوب، در زمره مواد مهم فوتونیک و اپتوالکترونیک قرار دارد. مواد سولفید روی با قابلیت عبوردهی در چندین باند طیفی، به‌طور گسترده در یکسوسازها، لنزهای سیستم‌های مادون قرمز، پنجره‌های اپتیکی مادون قرمز و سایر حوزه‌های مرتبط کاربرد دارند.

شرکت ما قادر به تأمین و تولید پنجره‌های مستطیلی سوراخ‌دار از جنس سولفید روی (ZnS) با ابعاد زیر می‌باشد:

• قطر: از ۲ تا ۳۰۰ میلی‌متر

• ضخامت: از ۰.۱۲ تا ۶۰ میلی‌متر

• دقت اپتیکی: تا سطح ۲۰-۱۰ (مطابق با انحراف موج λ/۱۰ @ 633 نانومتر)

فرآیندهای تولید و کنترل کیفیت:
برای دستیابی به دقت و کیفیت مورد نیاز، از چهار فرآیند اصلی پرداخت استفاده می‌شود:

1. پرداخت با صفحه ژله‌ای (Gel Disc Polishing)

2. پرداخت سرعت بالا (High Speed Polishing)

3. پرداخت حلقوی (Ring Polishing)

4. پرداخت CNC (CNC Polishing)

کنترل کیفیت این محصولات با استفاده از پیشرفته‌ترین تجهیزات اندازه‌گیری شامل موارد زیر انجام می‌پذیرد:

• اینترفرومتر زایگو (ZYGO) برای اندازه‌گیری انحراف موج سطح

• میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) برای آنالیز زبری سطح

• eccentricسنج‌های انعکاسی و عبوری برای اندازه‌گیری انحراف مرکز

• گونیامتر ۱۵ ثانیه‌ای

• سیستم سنترینگ با استفاده از UV

• ضخامت‌سنج لیزری غیرتماسی

• تصویربردار دو بعدی (2D Imager)

• sphere diameter gauge (برای اندازه‌گیری قطر انحنا)

گزینه‌های پوشش ضد بازتاب (Coating):
طیف وسیعی از پوشش‌های ضد بازتاب (Anti-Reflection) برای بهینه‌سازی عملکرد در طول‌موج‌های مختلف بر اساس نیاز مشتری قابل ارائه است، از جمله:

• MgF₂

• UV-AR (ضد بازتاب برای فرابنفش)

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

• VIS-EXT (ضد بازتاب گسترده برای مرئی)

• VIS-NIR (ضد بازتاب برای مرئی-مادون قرمز نزدیک)

• NIR I (ضد بازتاب برای مادون قرمز نزدیک I)

• NIR II (ضد بازتاب برای مادون قرمز نزدیک II)

• Telecom-NIR (ضد بازتاب برای مخابراتی در مادون قرمز نزدیک)

• SWIR (ضد بازتاب برای مادون قرمز موج کوتاه)

• YAG-BBAR (ضد بازتاب پهن‌باند برای لیزر YAG)

سولفید روی تولیدشده به روش رسوب شیمیایی از فاز بخار (CVD Zinc Sulfide) با ویژگی‌های زیر مشخص می‌شود:

• درجه خلوص بالا

• عدم حلالیت در آب

• چگالی (دانسیته) متوسط

• قابلیت ماشین‌کاری و پرداخت آسان

علاوه بر این، سولفید روی از سختی (Hardness) بالا برخوردار است و استحکام شکست (Fracture Strength) آن approximately دو برابر سلنید روی (Zinc Selenide) می‌باشد. این ماده همچنین مقاومت بسیار بالایی در برابر شرایط محیطی سخت و خورنده از خود نشان می‌دهد.

به دلیل این خصوصیات برجسته، سولفید روی CVD گزینه‌ای بسیار مناسب برای ساخت:

• مخروط‌های د fairing (Fairings) موشک‌ها

• پنجره‌های اپتیکی مادون قرمز (Infrared Windows) در هواپیماهای نظامی می‌باشد.

پوشش‌دهی اپتیکی (Coating) به فرآیند نشاندن یک لایه نازک شفاف از جنس دی‌الکتریک یا فلز بر روی سطح یک زیرلایه (Substrate) به روش‌های فیزیکی یا شیمیایی اطلاق می‌شود. هدف از این کار، تغییر ویژگی‌های بازتاب و عبور سطح ماده برای دستیابی به نیازمندی‌های خاصی همچون کاهش یا افزایش بازتاب، تقسیم پرتو (Beam Splitting)، تفکیک رنگ (Color Separation)، فیلتراسیون نور (Filtering) و تقطیع نور (Polarization) می‌باشد.

شرکت ما توانایی تأمین و اعمال انواع مختلف پوشش‌های اپتیکی را دارد، از جمله:

• لایه‌های ضد بازتاب (Anti-Reflective Coatings – AR)

• لایه‌های با بازتاب بسیار بالا (High-Reflective Coatings – HR)

• لایه‌های طیفی (Spectral Coatings)

• لایه‌های فلزی (Metallic Coatings)

لایه‌های ضد بازتاب پهن‌باند (Broadband Anti-Reflective Films) برای محدوده‌های طول موجی فرابنفش (UV)، مرئی (Visible)، مادون قرمز نزدیک (NIR) و مادون قرمز میانی (Mid-IR) در دسترس می‌باشند.

● ضریب عبور (Transmittance)

منحنی عبور نور برای سولفید روی CVD استاندارد در دمای (۲۰ ± ۳) درجه سلسیوس در شکل نشان داده شده است. مطابق با مشخصات فنی:

• میزان عبور نور در محدوده طیفی ۸ تا ۱۰ میکرومتر باید حداقل ۷۰٪ باشد.

• منحنی عبور نور در محدوده طیفی ۳ تا ۱۰ میکرومتر نباید هیچ قله جذبی دیگری به غیر از پیک جذب در نزدیکی طول موج ۶ میکرومتر داشته باشد.

این ویژگی‌ها کیفیت و عملکرد مطلوب این ماده در کاربردهای اپتیکی حساس، به ویژه در پنجره‌های مادون قرمز را تضمین می‌کنند.

منحنی‌های عبور نور برای ماده سولفید روی چندطیفی (Multispectral CVD Zinc Sulfide) در دمای (۲۰ ± ۳) درجه سلسیوس در شکل مربوطه نمایش داده شده است. مطابق با داده‌های ارائه شده، ویژگی‌های عبور نور این ماده به شرح زیر است:

• ضریب عبور در طول موج ۱۰۶۴ نانومتر باید حداقل ۷۰٪ باشد.

• ضریب عبور در محدوده طیفی ۳ تا ۵ میکرومتر باید حداقل ۶۹٪ باشد. همچنین، منحنی عبور در این محدوده باید هیچ قله جذبی (Absorption Peak) نداشته و کاملاً هموار (Smooth) باشد.

• ضریب عبور در محدوده طیفی ۸ تا ۱۰ میکرومتر نیز باید حداقل ۷۰٪ باشد.

این مشخصات، این ماده را برای کاربردهای اپتیکی پیشرفته و چندطیفی مناسب می‌سازد.

ضریب شکست (Refractive Index):

مقادیر ضریب شکست برای ماده سولفید روی تولید شده به روش رسوب شیمیایی از فاز بخار (CVD Zinc Sulfide) باید مطابق با مقادیر مندرج در جدول زیر باشد.

● ناهمگنی ضریب شکست (Refractive Index Inhomogeneity)

میزان ناهمگنی ضریب شکست در ماده سولفید روی چندطیفی تولید شده به روش CVD (در طول موج ۰.۶۳۲۸ میکرومتر) باید کمتر از ۱۰⁵⁻ × ۴ باشد.

● استانداردهای استحکام خمشی ماده (Material Bending Strength Standards)

• برای نوع استاندارد سولفید روی CVD، استحکام خمشی باید بیش از ۱۰۰ مگاپاسکال (MPa) باشد.

• برای نوع چندطیفی (Multispectral) سولفید روی CVD، استحکام خمشی باید بیش از ۷۰ مگاپاسکال (MPa) باشد.

با کمال دقت و به صورت علمی، متن به فارسی روان بازنویسی می‌شود:

● شیشه اپتیکی N-BK7

N-BK7 پرکاربردترین شیشه اپتیکی برای ساخت قطعات اپتیکی با کیفیت بالا محسوب می‌شود. این ماده از عبوردهی عالی در محدوده طول‌موج مرئی تا مادون قرمز نزدیک (۲۰۰۰-۳۵۰ نانومتر) برخوردار است و کاربردهای گسترده‌ای در ساخت تلسکوپ، سیستم‌های لیزری و سایر زمینه‌ها دارد. معمولاً در مواردی که مزایای اضافی سیلیکای ذوبشده فرابنفش (مانند عبوردهی بسیار خوب و ضریب انبساط حرارتی پایین در باند فرابنفش) مورد نیاز نباشد، از N-BK7 استفاده می‌شود.

● سیلیکای ذوبشده فرابنفش (UV Fused Silica)

سیلیکای ذوبشده فرابنفش، عبوردهی بالایی از محدوده فرابنفش تا مادون قرمز نزدیک (۲۱۰۰-۱۸۵ نانومتر) دارد. علاوه بر این، در مقایسه با H-K9L (N-BK7)، یکنواختی بهتری دارد و ضریب انبساط حرارتی پایین‌تری نشان می‌دهد که آن را برای کاربردهای لیزرهای توان بالا و تصویربرداری بسیار مناسب می‌سازد.

● فلورید کلسیم (CaF₂)

به دلیل عبوردهی بالا و ضریب شکست پایین در محدوده طول‌موج ۸-۰.۱۸ میکرومتر، از فلورید کلسیم معمولاً به عنوان پنجره و لنز در طیف‌سنج‌ها و سیستم‌های تصویربرداری حرارتی استفاده می‌شود. همچنین به دلیل داشتن آستانه آسیب لیزری بالا، کاربردهای خوبی در لیزرهای اگزایمر دارد.

● فلورید باریم (BaF₂)

فلورید باریم از عبوردهی بالا در محدوده ۱۱-۰.۲ میکرومتر برخوردار است و در برابر تابش پرانرژی مقاومت خوبی دارد.同時، خاصیت سینتیلاسیون (Scintillation) عالی دارد و می‌توان از آن برای ساخت انواع قطعات اپتیکی مادون قرمز و فرابنفش استفاده کرد. با این حال، نقطه ضعف فلورید باریم مقاومت کم آن در برابر آب است. در صورت تماس با آب، عملکرد آن 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 ماده فلورید باریم، همیشه باید از دستکش استفاده شود و پس از کار، دست‌ها به طور کامل شسته شوند.

● فلورید منیزیم (MgF₂)

فلورید منیزیم برای کاربردهای در محدوده طول‌موج ۶-۰.۲ میکرومتر ایده‌آل است. در مقایسه با سایر مواد، به‌ویژه در محدوده طول‌موج فرابنفش عمیق و مادون قرمز دور بادوام است. فلورید منیزیم ماده‌ای قدرتمند در برابر خوردگی شیمیایی، آسیب لیزری، شوک مکانیکی و شوک حرارتی محسوب می‌شود. سختی آن از بلورهای فلورید کلسیم بیشتر است، اما در مقایسه با سیلیکای ذوبشده نسبتاً نرم محسوب شده و هیدرولیز خفیفی دارد. سختی کnoop آن ۴۱۵ و ضریب شکست آن ۱.۳۸ است.

● سلنید روی (ZnSe)

سلنید روی از عبوردهی بالا در محدوده ۱۶-۰.۶ میکرومتر برخوردار است و معمولاً در تصویربرداری حرارتی، تصویربرداری مادون قرمز و سیستم‌های پزشکی استفاده می‌شود. همچنین، به دلیل جذب کم، به‌ویژه برای استفاده در لیزرهای CO₂ توان بالا مناسب است. باید توجه داشت که سلنید روی ماده‌ای نسبتاً نرم (سختی کnoop 120) است و به راحتی خش برمی‌دارد؛ بنابراین استفاده از آن در محیط‌های خشن توصیه نمی‌شود. در هنگام نگهداری و تمیز کردن باید نهایت دقت را به کار برد و از فشار یکنواخت استفاده کرد. بهتر است برای جلوگیری از کدر شدن سطح، از دستکش یا سرانگشت‌پوش لاستیکی استفاده شود. نباید از انبرک یا سایر ابزار برای نگهداری آن استفاده کرد.

● سیلیکون (Si)

سیلیکون برای استفاده در باند مادون قرمز نزدیک (NIR) از ۸-۱.۲ میکرومتر مناسب است. به دلیل چگالی کم، به‌ویژه در کاربردهایی که حساسیت به وزن وجود دارد، مخصوصاً در محدوده ۵-۳ میکرومتر، گزینه مناسبی است. سختی کnoop سیلیکون ۱۱۵۰ است که از ژرمانیم سخت‌تر و در عین حال کمتر از آن شکننده است. به دلیل داشتن باند جذب قوی در ۹ میکرومتر، برای کاربردهای عبوری در لیزرهای CO₂ مناسب نیست.

● ژرمانیم (Ge)

ژرمانیم برای استفاده در باند مادون قرمز نزدیک ۱۶-۲ میکرومتر مناسب است و با لیزرهای مادون قرمز سازگاری خوبی دارد. به دلیل ضریب شکست بالا، انحنای سطح minimal و aberation رنگی کم، معمولاً در سیستم‌های تصویربرداری توان پایین نیاز به تصحیح اضافی ندارد. با این حال، ژرمانیم به شدت تحت تأثیر دما قرار می‌گیرد و با افزایش دما، عبوردهی آن کاهش می‌یابد. بنابراین فقط می‌تواند در دماهای زیر ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد به کار رود. در طراحی سیستم‌هایی با محدودیت وزن شدید، چگالی ژرمانیم (۵.۳۳ گرم بر سانتیمتر مکعب) باید در نظر گرفته شود. لنزهای ژرمانیم با سطوح تراش‌خورده با ماشین‌کاری الماسه دقیق می‌شوند که آنها را برای انواع کاربردهای مادون قرمز، از جمله سیستم‌های تصویربرداری حرارتی، جداکننده‌های پرتو مادون قرمز، دورسنجی (Telemetry) و زمینه‌های فروسرخ پیش‌نگر (FLIR) مناسب می‌سازد.

● سولفید روی CVD (CVD ZnS)

CVD ZnS تنها ماده اپتیکی مادون قرمز، به غیر از الماس، است که محدوده طول‌موج مرئی تا مادون قرمز (LWIR) و حتی طول‌موج‌های مایکروویو را پوشش می‌دهد و در حال حاضر مهم‌ترین material پنجره‌ای برای LWIR محسوب می‌شود. از آن می‌توان به عنوان پنجره و لنز برای سیستم‌های تصویربرداری حرارتی با وضوح بالا و همچنین برای کاربردهای نظامی پیشرفته مانند پنجره‌های “سه-اپتیکی” (Tri-optical) و پنجره‌های مرکب لیزر مادون قرمز نزدیک/دو-رنگ مادون قرمز استفاده کرد.