پنجره‌های گرد سوراخدار از جنس فلورید کلسیم

پنجره‌های گرد سوراخدار از جنس فلورید کلسیم (CaF₂)

پنجره‌های اپتیکی از اجزای پایه‌ای در سیستم‌های نوری محسوب می‌شوند که عموماً به عنوان محافظی برای سنسورهای الکترونیکی یا دتکتورها در برابر محیط خارجی به کار می‌روند. این قطعات با جداسازی محیط داخلی و خارجی دستگاه‌ها، از تجهیزات حساس داخلی محافظت می‌کنند، بدون آن‌که بر بزرگ‌نمایی سیستم تأثیر بگذارند.

فلورید کلسیم (CaF₂) یک کریستال مکعبی بی‌رنگ و نامحلول در آب است که به دلیل خواص اپتیکی ممتاز خود از جمله:

• محدوده انتقال طیفی وسیع

• عبوردهی بالا

• ضریب شکست پایین

• پراکندگی نسبی زیاد

به عنوان یکی از معدود کریستال‌های طبیعی، کاربردهای مهمی در صنعت اپتیک دارد.

قابلیت‌های تولید:

شرکت ما قادر به تأمین پنجره‌های گرد سوراخدار CaF₂ با مشخصات زیر است:

• قطر: 2 تا 300 میلی‌متر

• ضخامت: 0.12 تا 60 میلی‌متر

• دقت ابعادی: تا سطح 20-10

• کیفیت موجی: 1/10 طول موج @ 633 نانومتر

فرآیندهای تولید:

1. پرداخت دیسک ژله‌ای

2. پرداخت سرعت بالا

3. پرداخت حلقوی

4. پرداخت CNC

تجهیزات کنترل کیفیت:

• اینترفرومتر ZYGO

• میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)

• مترهای خارج از مرکز بازتاب و عبور

• گونیامتر 15 ثانیه‌ای

• سیستم مرکزگذاری UV ژل

• ضخامت‌سنج لیزری غیرتماسی

• تصویرگر دو بعدی

• سنجش‌گر قطر کره

گزینه‌های پوشش:

• MgF₂

• پوشش ضد بازتاب فرابنفش (UV-AR)

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

• پوشش گسترش‌یافته مرئی (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 بهینه‌شده برای لیزر YAG (YAG-BBAR)

این محصولات با دقت بالا و مطابق با استانداردهای صنعتی تولید می‌شوند تا نیازهای کاربران در کاربردهای حساس اپتیکی را برآورده سازند.

پنجره‌های اپتیکی و ویژگی‌های آنها

پنجره‌های اپتیکی صفحاتی از جنس شیشه یا مواد اپتیکی هستند که پس از فرآیندهای سنگ‌زنی و پرداخت دقیق، به دو سطح کاملاً موازی تبدیل می‌شوند. این قطعات عمدتاً به عنوان محافظ برای تجهیزات حساس زیر به کار می‌روند:

• سنسورهای الکترونیکی

• لنزهای اپتیکی

• دستگاه‌های لیزری

ویژگی مهم:
پنجره‌های اپتیکی بدون تغییر در بزرگ‌نمایی سیستم، تنها به عنوان عنصر محافظ عمل می‌کنند.

انواع مواد پایه قابل استفاده:

1. شیشه‌های اپتیکی:

   • N-BK7 (برای محدوده مرئی و فروسرخ نزدیک)

   • سیلیکای ذوب‌شده UV (برای محدوده فرابنفش)

   • سیلیکای ذوب‌شده IR (برای محدوده فروسرخ)

2. مواد کریستالی:

   • فلورید کلسیم (CaF₂)

   • فلورید منیزیم (MgF₂)

   • سلنید روی (ZnSe)

   • ژرمانیوم (Ge)

   • سیلیکون (Si)

هر یک از این مواد با توجه به خواص منحصر به فرد خود (مانند محدوده عبوردهی طیفی، ضریب شکست، مقاومت حرارتی و مکانیکی) برای کاربردهای خاصی مناسب هستند. انتخاب ماده مناسب باید بر اساس نیازهای دقیق هر پروژه و با در نظر گرفتن شرایط عملیاتی انجام شود.

پنجره‌های اپتیکی: ویژگی‌ها و ملاحظات انتخاب

پنجره‌های اپتیکی صفحاتی از جنس مواد اپتیکی هستند که پس از فرآیندهای سنگ‌زنی و پرداخت دقیق، به دو سطح کاملاً موازی تبدیل می‌شوند. این قطعات عمدتاً به عنوان محافظ برای تجهیزات حساس زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند:

• سنسورهای الکترونیکی

• لنزهای اپتیکی

• هدهای پردازش لیزری

ملاحظات انتخاب پنجره اپتیکی:
در انتخاب پنجره‌های اپتیکی باید دو دسته از ویژگی‌های اساسی را مد نظر قرار داد:

1. ویژگی‌های انتقال نور (خواص اپتیکی)

2. ویژگی‌های مکانیکی (مقاومت و پایداری فیزیکی)

پارامترهای کلیدی در ارزیابی پنجره‌ها:

• ضریب انتقال نور (Transmission) در محدوده کاری

• کیفیت سطح (Surface Quality) از نظر صافی و یکنواختی

• ضخامت (Thickness) و تلرانس ابعادی

• درجه موازی بودن سطوح (Parallelism)

• جنس ماده پایه (Substrate Material)

• ویژگی‌های تخصصی دیگر مانند پوشش‌های سطحی

نکات انتخاب:

• انتخاب ماده پایه باید بر اساس محدوده طیفی مورد نیاز انجام شود

• شرایط محیطی (دما، رطوبت، فشار) در انتخاب جنس ماده تأثیرگذار است

• برای کاربردهای لیزری، آستانه آسیب لیزری ماده باید مد نظر قرار گیرد

• در کاربردهای نظامی و فضایی، مقاومت در برابر شوک حرارتی و مکانیکی اهمیت ویژه‌ای دارد

این محصولات در انواع مختلفی از مواد اپتیکی شامل شیشه‌های اپتیکی (N-BK7، سیلیکای ذوب‌شده) و مواد کریستالی (CaF2، ZnSe، Ge، Si) تولید می‌شوند که هر کدام برای کاربردهای خاصی مناسب هستند.

فلورید کلسیم (CaF₂): ویژگی‌ها و کاربردهای اپتیکی

فلورید کلسیم (CaF₂) یک کریستال مکعبی بی‌رنگ و نامحلول در آب است که به عنوان یکی از معدود کریستال‌های طبیعی موجود در طبیعت شناخته می‌شود. این ماده به دلیل دارا بودن خصوصیات اپتیکی ممتاز، جایگاه ویژه‌ای در صنایع اپتیکی دارد.

ویژگی‌های اپتیکی برجسته:

1. محدوده انتقال طیفی وسیع: پوشش گستره‌ای از طول‌موج‌های مختلف

2. عبوردهی بالا: حداقل تلفات نوری در محدوده کاری

3. ضریب شکست پایین: مناسب برای کاربردهای خاص اپتیکی

4. پراکندگی نسبی زیاد: کارایی بالا در سیستم‌های طیف‌سنجی

کاربردهای اصلی:

• ساخت لنزها و پنجره‌های اپتیکی

• سیستم‌های طیف‌سنجی پیشرفته

• تجهیزات لیزری (به ویژه لیزرهای اگزایمر)

• سیستم‌های تصویربرداری فرابنفش و فروسرخ

این ماده به دلیل ترکیب بی‌نظیر خواص فیزیکی و اپتیکی، گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای حساس و دقیق محسوب می‌شود. مقاومت شیمیایی بالا و پایداری حرارتی مناسب، دامنه کاربردهای صنعتی و تحقیقاتی آن را گسترش داده است.

کاربردهای کریستال فلورید کلسیم (CaF₂) در اپتیک

کریستال‌های فلورید کلسیم به دلیل عبوردهی بالا و آستانه مقاومت بسیار بالا در برابر آسیب لیزری در ناحیه فرابنفش عمیق، کاربردهای گسترده‌ای به عنوان مواد پنجره، لنز، منشور، تقسیم‌کننده پرتو و زیرلایه در محدوده طول‌موج‌های فرابنفش خلأ تا فروسرخ میانی دارند.

ویژگی‌های منحصر به فرد در کاربردهای خاص:

1. کاربرد در لیزرهای اگزایمر:

• کریستال‌های تک‌بلور با خلوص بالا، ماده ایده‌آل برای پنجره‌های لیزر در ناحیه فرابنفش خلأ محسوب می‌شوند.

• هم به صورت تک‌بلور و هم به صورت تک‌بلورهای آهنگری شده گرمایی، برای پنجره‌های لیزرهای مونوکسید کربن و لیزرهای شیمیایی مناسب هستند.

2. مزایای رقابتی در ناحیه فرابنفش خلأ:

• خواص اپتیکی بی‌نظیر که با سایر مواد قابل مقایسه نیست.

• مقاومت بالا در برابر تابش

• تحمل زیاد در برابر اوزون

• مقاومت در برابر خوردگی ناشی از فلورین

• مقرون به‌صرفه از نظر اقتصادی

این ترکیب منحصر به فرد از ویژگی‌ها، CaF₂ را به ماده‌ای استثنایی برای کاربردهای پیشرفته اپتیکی تبدیل کرده است. توانایی این ماده در حفظ عملکرد پایدار در محیط‌های خشن شیمیایی و تابشی، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای سیستم‌های لیزری پرتوان و تجهیزات تحقیقاتی پیشرفته مبدل ساخته است.

پوشش‌های اپتیکی: تعریف و کاربردها

پوشش‌دهی اپتیکی به فرآیند اعمال لایه‌های نازک شفاف (الکترولیتی یا فلزی) بر روی سطح مواد پایه به روش‌های فیزیکی یا شیمیایی اطلاق می‌شود. هدف اصلی این فرآیند، اصلاح ویژگی‌های بازتاب و عبور سطح مواد برای دستیابی به نیازهای خاص اپتیکی است.

اهداف اصلی پوشش‌دهی اپتیکی:

• تنظیم ضریب بازتاب سطح

• کنترل میزان عبور نور

• ایجاد خاصیت تفکیک پرتو

• امکان جداسازی طیفی

• فیلتراسیون نوری

• کنترل پلاریزاسیون

انواع پوشش‌های قابل ارائه:

1. لایه‌های ضد بازتاب (AR):

   • پوشش‌های پهن‌باند برای محدوده‌های:

     • فرابنفش (UV)

     • مرئی (Visible)

     • فروسرخ نزدیک (NIR)

     • فروسرخ میانی (Mid-IR)

2. لایه‌های بازتاب بالا (HR)

3. پوشش‌های طیفی (Spectral)

4. لایه‌های فلزی (Metallic)

تمامی این پوشش‌ها با استفاده از پیشرفته‌ترین تکنیک‌های رسوب‌دهی، از جمله تبخیر حرارتی و رسوب‌دهی با پرتو یونی، با دقت و کیفیت بالا تولید می‌شوند. این پوشش‌ها قابلیت اعمال بر روی انواع زیرلایه‌ها از جمله شیشه، سیلیکون و مواد اپتیکی ویژه را دارند.

ویژگی‌های فنی:

• ضخامت کنترل‌شده در مقیاس نانومتری

• چسبندگی عالی به زیرلایه

• پایداری حرارتی و مکانیکی بالا

• مقاومت در برابر رطوبت و عوامل محیطی

این پوشش‌ها می‌توانند به صورت سفارشی و متناسب با نیازهای خاص هر پروژه طراحی و اجرا شوند.

درجه‌بندی کریستال‌های فلورید کلسیم (CaF₂)

درجه VIR

• اندازه معمول: φ80×180mm، φ100×180mm

• حداکثر اندازه: φ400×60mm

• محدوده طول موج کاربردی: 400nm تا 7.6μm

• ساختار کریستالی: تک‌بلور، نیمه‌بلور، چندبلور

• عبوردهی داخلی: >99.0% (نمونه 10mm)

• دوگان شکست تنشی: PV 1-30nm/cm@633nm

• یکنواختی اپتیکی: PV 3-50ppm@633nm

• تست نور سبز: بدون ستون نور، حباب یا ذرات پراکنده قابل مشاهده

درجه UR

• محدوده طول موج کاربردی: 200nm تا 400nm

• ساختار کریستالی: تک‌بلور (اجازه ساختار نیمه‌بلور)

• جذب طیفی: جذب در 205nm ندارد، جذب در 306nm±5nm ≤0.2%

• یکنواختی اپتیکی: PV 3-20ppm@633nm

• سایر مشخصات مشابه درجه VIR

درجه VUV

• محدوده طول موج کاربردی: 130nm تا 200nm

• ساختار کریستالی: تک‌بلور

• عبوردهی:

  50% @130nm
  80% @160nm
  85% @200nm

• یکنواختی اپتیکی: PV 1-15ppm@633nm

درجه ابزار IC (ICT)

• طول موج‌های کاربردی: 157nm، 193nm، 248nm، 355nm

• عبوردهی داخلی:

  99.8% @355nm
  99.8% @248nm
  99.7% @193nm
  99.4% @157nm

• بدون جذب در 205nm و 306nm

درجه لیزر IC (ICL)

• مشخصات مشابه درجه ابزار IC

• آستانه آسیب لیزری: ~7J/cm² @193nm

درجه رامان

• محدوده طول موج کاربردی: 130nm تا 7.6μm

• بدون فلورسانس

• بدون جذب در 205nm و 306nm

تمامی درجات در تست نور سبز (25-125mW) فاقد ستون نور، حباب یا ذرات پراکنده قابل مشاهده هستند. این کریستال‌ها با استفاده از پیشرفته‌ترین روش‌های کنترل کیفیت تولید می‌شوند تا نیازهای دقیق کاربردهای اپتیکی پیشرفته را برآورده سازند.

آزمایش عبوردهی کریستال‌های فلورید کلسیم

تجهیزات آزمایش:

• اسپکتروفتومتر UV-Vis

نمونه‌های آزمایش:

• کریستال‌های فلورید کلسیم بدون پراکندگی

• قطر نمونه‌ها: حداقل ۲۰ میلی‌متر

• ضخامت نمونه‌ها: حداقل ۳ میلی‌متر

• کیفیت سطح پرداخت شده: ۸۰/۵۰

درجه کیفی (IR Grade):

• مشخصات عبوردهی:

  • عبوردهی در ۴۰۰ نانومتر و بالاتر: بیش از ۹۳٪

  • منحنی عبوردهی در محدوده ۲۰۰-۴۰۰ نانومتر:

    • ممکن است جذب در ۲۰۵ نانومتر مشاهده شود

    • احتمال وجود پیک جذب در ۳۰۶ نانومتر وجود دارد

ملاحظات آزمایش:

۱. تمامی اندازه‌گیری‌ها در شرایط استاندارد آزمایشگاهی انجام می‌شود.
۲. کیفیت سطح نمونه‌ها تأثیر مستقیم بر نتایج آزمایش دارد.
۳. تغییرات جزئی در نتایج ممکن است ناشی از تفاوت در ضخامت نمونه‌ها باشد.

این آزمایش به منظور ارزیابی دقیق ویژگی‌های نوری کریستال‌های فلورید کلسیم طراحی شده است و معیار مهمی برای تعیین کیفیت و کاربردپذیری این مواد در سیستم‌های اپتیکی محسوب می‌شود.

تک‌بلور (Monocrystalline)

ویژگی‌های اصلی:

• ساختار بلوری کاملاً یکپارچه و همگن

• عدم مشاهده مرز دانه (grain boundaries) در بررسی بصری با نور روز

• فاقد نوارهای بیدمانند (wicker-like stripes) در سطح کریستال

ملاحظات فنی:
۱. یکنواختی ساختاری بالا در تمامی جهات
۲. خواص نوری و مکانیکی همسان در سرتاسر نمونه
۳. کیفیت اپتیکی ممتاز برای کاربردهای حساس

این ویژگی‌ها نشان‌دهنده کیفیت بالای فرآیند رشد بلور و مناسب بودن آن برای کاربردهای پیشرفته اپتیکی است. تک‌بلورها به دلیل ساختار منظم اتمی، حداقل تلفات نوری را داشته و برای سیستم‌های لیزری پرتوان و تجهیزات طیف‌سنجی دقیق ایده‌آل هستند.

شرایط بررسی:

• نور محیطی طبیعی (daylight)

• بررسی با چشم غیرمسلح (naked eye)

• سطح نمونه باید کاملاً تمیز و عاری از آلودگی باشد

نیمه‌کریستال (Sub-crystal)

ویژگی‌های ساختاری:

• در بررسی بصری با نور طبیعی روز، نوارهای بیدمانند (willow stripes) بر سطح کریستال مشاهده می‌شود

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

• نوارهای مذکور پس از فرآیند پولیشینگ کاملاً محو می‌شوند

ملاحظات فنی:
۱. این ساختار نشان‌دهنده وجود نواحی با جهت‌گیری بلوری متفاوت در ماده است
۲. کیفیت نوری پس از پرداخت نهایی در حد مطلوب برای بسیاری از کاربردها می‌باشد
۳. نسبت قیمت به عملکرد بهینه برای کاربردهای نیمه‌حساس

کاربردهای پیشنهادی:

• سیستم‌های اپتیکی با حساسیت متوسط

• تجهیزات لیزری با توان متوسط

• قطعات اپتیکی که نیاز به پرداخت نهایی دارند

نکته: این نوع کریستال‌ها پس از پرداخت سطحی، کیفیت مناسبی برای اکثر کاربردهای صنعتی ارائه می‌دهند.

ساختار چندبلوری (Polycrystalline)

ویژگی‌های مورفولوژیک:

• در بررسی بصری با نور طبیعی روز، خطوط مرز بلورها (crystal boundary lines) به صورت واضح قابل مشاهده است

• اختلاف محسوسی در میزان روشنایی و تاریکی بین دو طرف مرزهای بلوری وجود دارد

• این ویژگی نشانگر وجود بلورهای متعدد با جهت‌گیری‌های متفاوت در ماده است

تفسیر فنی:
۱. مرزهای بلوری مشاهده‌شده ناشی از تفاوت در ضریب شکست نواحی مختلف کریستال می‌باشد
۲. تغییرات در میزان روشنایی نشاندهنده تفاوت در جهت‌گیری محورهای بلوری است
۳. این ساختار معمولاً در فرآیندهای رشد بلور با سرعت نسبتاً بالا تشکیل می‌شود

ملاحظات کاربرد:

• مناسب برای کاربردهای عمومی اپتیکی که نیاز به یکنواختی بالایی ندارند

• اقتصادی‌تر از نمونه‌های تک‌بلور برای بسیاری از مصارف صنعتی

• نیازمند پرداخت سطحی دقیق برای کاهش پراکندگی نور در مرز بلورها

نکات کنترل کیفیت:

• بررسی ساختار بلوری باید تحت نور طبیعی و با زاویه دید مناسب انجام شود

• تراکم و شدت مرزهای بلوری معیار مهمی در تعیین کیفیت نهایی محصول است

• نمونه‌های با مرزهای بلوری کمتر و نامحسوس‌تر از کیفیت بالاتری برخوردارند

مواد اپتیکی و کاربردهای تخصصی آنها

۱. شیشه اپتیکی N-BK7

• پرکاربردترین شیشه اپتیکی برای قطعات با کیفیت بالا

• محدوده عبوردهی عالی: ۳۵۰-۲۰۰۰ نانومتر (مرئی تا فروسرخ نزدیک)

• کاربردها: تلسکوپ‌ها، سیستم‌های لیزری و تجهیزات اپتیکی

• جایگزین مناسب زمانی که مزایای سیلیکای ذوب‌شده UV مورد نیاز نباشد

۲. سیلیکای ذوب‌شده UV

• محدوده عبوردهی گسترده: ۱۸۵-۲۱۰۰ نانومتر

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

• مناسب برای لیزرهای پرتوان و کاربردهای تصویربرداری پیشرفته

۳. فلورید کلسیم (CaF₂)

• محدوده کاری: ۱۸۰ نانومتر تا ۸ میکرومتر

• ضریب شکست پایین و عبوردهی بالا

• مقاومت عالی در برابر آسیب لیزری

• کاربرد اصلی: پنجره و لنز در طیف‌سنج‌ها و سیستم‌های تصویربرداری حرارتی

۴. فلورید باریم (BaF₂)

• محدوده عبوردهی: ۲۰۰ نانومتر تا ۱۱ میکرومتر

• مقاوم در برابر تابش‌های پرانرژی

• خاصیت سینتیلاسیون عالی

• محدودیت: حساس به رطوبت (حداکثر دمای کاری ۵۰۰°C در محیط مرطوب و ۸۰۰°C در محیط خشک)

• ملاحظات ایمنی: استفاده از دستکش الزامی است

۵. فلورید منیزیم (MgF₂)

• محدوده کاری: ۲۰۰ نانومتر تا ۶ میکرومتر

• مقاومت بالا در برابر:

  • خوردگی شیمیایی

  • آسیب لیزری

  • شوک مکانیکی و حرارتی

• سختی: ۴۱۵ کانوپ

• ضریب شکست: ۱.۳۸

۶. سلنید روی (ZnSe)

• محدوده عبوردهی: ۶۰۰ نانومتر تا ۱۶ میکرومتر

• مناسب برای سیستم‌های تصویربرداری حرارتی و پزشکی

• کاربرد ویژه: لیزرهای CO₂ پرتوان

• ملاحظات:

  • ماده نرم (سختی ۱۲۰ کانوپ)

  • مستعد خراشیدگی

  • نیاز به مراقبت ویژه در حمل و نگهداری

۷. سیلیکون (Si)

• محدوده کاری: ۱.۲-۸ میکرومتر

• مزایا:

  • چگالی پایین (مناسب برای کاربردهای حساس به وزن)

  • سختی بالا (۱۱۵۰ کانوپ)

• محدودیت: جذب بالا در ۹ میکرومتر

۸. ژرمانیوم (Ge)

• محدوده کاری: ۲-۱۶ میکرومتر

• ویژگی‌ها:

  • ضریب شکست بالا

  • ابیراهی رنگی پایین

• محدودیت‌ها:

  • حساسیت دمایی (حداکثر ۱۰۰°C)

  • چگالی نسبتاً بالا (۵.۳۳ g/cm³)

• کاربردها: تصویربرداری حرارتی، سیستم‌های FLIR

۹. روی سولفید CVD (CVD ZnS)

• تنها ماده اپتیکی (به جز الماس) با پوشش طیفی کامل از مرئی تا فروسرخ دور

• کاربردهای پیشرفته نظامی و سیستم‌های تصویربرداری حرارتی با وضوح بالا

هر یک از این مواد با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در کاربردهای خاص اپتیکی و لیزری مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب ماده مناسب باید بر اساس نیازهای دقیق هر پروژه انجام شود.