پنجره‌های گرد فلورید کلسیم

پنجره‌های گرد فلورید کلسیم (CaF₂)

پنجره‌های گرد فلورید کلسیم (CaF₂) از جمله المان‌های پایه‌ای در اپتیک هستند که معمولاً به عنوان پنجره محافظ برای سنسورهای الکترونیکی یا آشکارسازها در برابر محیط خارجی استفاده می‌شوند. این پنجره‌ها محدوده انتقال طیفی گسترده‌ای از ۱۳۰ نانومتر تا ۱۰ میکرومتر را پوشش می‌دهند.

ویژگی‌های کلیدی:

• سختی بالا و مقاومت مکانیکی عالی در برابر ضربه

• مقاومت حرارتی مناسب در برابر شوک‌های دمایی

• ضریب عبور نور بالا در محدوده‌های فرابنفش (UV)، مرئی و مادون قرمز (IR)

• عبوردهی بیش از ۹۴% در بازه ۱۹۳ نانومتر تا ۷٫۸۷ میکرومتر

قابلیت‌های تولید:

شرکت ما قادر به تولید پنجره‌های گرد CaF₂ با قطرهای ۲ تا ۳۰۰ میلی‌متر است. اُم اپتیکس با بهره‌گیری از:

• دستگاه‌های پیشرفته پردازش (مانند تراشکاری الماسه فوق‌دقیق)

• تجهیزات آزمایشگاهی دقیق (شامل: پروفیلمومتر، اینترفرومتر صفحه‌ای/کروی ZYGO، اینترفرومتر Fuji، اسپکتروفتومتر، دستگاه‌های اندازه‌گیری انحراف و زاویه)
  کیفیت نهایی محصولات را تضمین می‌کند.

این پنجره‌ها برای کاربردهای حساس در لیزر، طیف‌سنجی و سیستم‌های اپتیکی پیشرفته مناسب هستند.

تمامی محصولات مطابق با استانداردهای دقیق اپتیکی و با گارانتی کیفیت ارائه می‌شوند.

پنجره‌های گرد فلورید کلسیم (CaF₂)

پنجره‌های گرد فلورید کلسیم (CaF₂) پس از فرآیندهای سایش و صیقل کاری دقیق، به گونه‌ای تولید می‌شوند که دو سطح موازی با دقت بالا ایجاد شود. این پنجره‌ها عموماً به عنوان محافظ برای تجهیزات حساس از جمله سنسورهای الکترونیکی، لنزهای اپتیکی و دستگاه‌های لیزری به کار می‌روند.

ویژگی‌های منحصر به فرد:

• عدم تأثیر بر بزرگ‌نمایی سیستم (به دلیل ضریب شکست مناسب و طراحی دقیق)

• حفظ عملکرد اپتیکی بدون ایجاد اعوجاج

سایر محصولات اپتیکی شرکت اُم اپتیکس:

علاوه بر پنجره‌های CaF₂، شرکت ما قادر به تأمین انواع پنجره‌های اپتیکی از مواد زیر است:

• فلورید باریم (BaF₂)

• فلورید منیزیم (MgF₂)

• فلورید لیتیم (LiF)

• سیلیکون (Si)

• ژرمانیوم (Ge)

• سلنید روی (ZnSe)

• سولفید روی (ZnS)

تمامی محصولات با دقت بالا و مطابق با استانداردهای بین‌المللی تولید می‌شوند.

پنجره‌های اپتیکی (ویندوزهای نوری)

پنجره‌های اپتیکی صفحاتی از جنس شیشه‌های اپتیکی هستند که پس از فرآیندهای سنگ‌زنی و صیقل‌کاری دقیق، به صورت دو سطح کاملاً موازی نسبت به هم تولید می‌شوند. این قطعات عمدتاً به عنوان محافظ برای سنسورهای الکترونیکی، لنزهای اپتیکی و هدهای پردازش لیزری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ملاحظات انتخاب پنجره اپتیکی:

1. ویژگی‌های انتقال نور ماده: محدوده طیفی و درصد عبور نور

2. خواص مکانیکی: مقاومت در برابر تنش‌های فیزیکی و محیطی

پارامترهای کلیدی در انتخاب:

• ضریب عبور نور (Transmission)

• کیفیت سطح (Surface Quality)

• ضخامت (Thickness)

• میزان توازی سطوح (Parallelism)

• جنس ماده پایه (Substrate Material)

• سایر ویژگی‌های اختصاصی

نکته فنی: انتخاب بهینه این پارامترها باید بر اساس نیازهای خاص هر کاربرد انجام پذیرد. در طراحی سیستم‌های اپتیکی پیشرفته، دقت در انتخاب این مشخصات تأثیر مستقیمی بر عملکرد نهایی سیستم خواهد داشت.

فلورید کلسیم (CaF₂) – کریستال اپتیکی با کاربردهای صنعتی

فلورید کلسیم (CaF₂) یک کریستال مکعبی بیرنگ است که در آب نامحلول می‌باشد. این ماده یکی از معدود کریستال‌های طبیعی موجود در طبیعت محسوب می‌شود که به دلیل ویژگی‌های اپتیکی ممتاز، کاربردهای مهمی در صنایع اپتیکی پیدا کرده است.

ویژگی‌های کلیدی اپتیکی:

• محدوده انتقال طیفی وسیع

• ضریب عبور نور بالا

• ضریب شکست پایین

• پراکندگی نسبی زیاد

این خصوصیات منحصر به فرد، CaF₂ را به ماده‌ای ایده‌آل برای کاربردهای تخصصی در سیستم‌های اپتیکی تبدیل کرده است. مقاومت شیمیایی بالا و پایداری حرارتی مناسب این کریستال، امکان استفاده از آن را در شرایط عملیاتی مختلف فراهم می‌سازد.

کاربردهای صنعتی:

• لنزها و منشورهای دستگاه‌های طیف‌سنجی

• پنجره‌های اپتیکی سیستم‌های لیزری

• اجزای سیستم‌های تصویربرداری ماوراء بنفش

• قطعات اپتیکی در تجهیزات علمی پیشرفته

این ماده به دلیل ترکیب خواص فیزیکی و اپتیکی منحصر به فرد، جایگاه ویژه‌ای در صنایع اپتیکی پیشرفته دارد.

منحنی عبور نور فلورید کلسیم (CaF₂)

کاربردهای گسترده کریستال‌های CaF₂:
کریستال‌های فلورید کلسیم به دلیل ضریب عبور نور بالا و آستانه تحمل بسیار زیاد در برابر لیزرهای فرابنفش عمیق، به صورت گسترده در ساخت قطعات اپتیکی مختلف از جمله:

• پنجره‌های اپتیکی

• لنزها

• منشورها

• تقسیم‌کننده‌های پرتو (Beam Splitter)

• زیرلایه‌های اپتیکی

در محدوده طیفی فرابنفش خلأ تا میانه مادون قرمز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ویژگی‌های منحصر به فرد:

1. برای لیزرهای اگزایمر در باند فرابنفش خلأ:

   • کریستال‌های تک‌بلور با خلوص بالا به عنوان پنجره ایده‌آل عمل می‌کنند.

2. برای لیزرهای مونوکسید کربن و لیزرهای شیمیایی:

   • از کریستال‌های تک‌بلور یا کریستال‌های تک‌بلور فورج شده گرمایی استفاده می‌شود.

مزایای منحصر به فرد در محدوده فرابنفش خلأ:

• خواص اپتیکی بی‌نظیر که با سایر مواد قابل مقایسه نیست

• مقاومت در برابر تشعشعات

• مقاومت بالا در برابر اوزون

• مقاومت در برابر خوردگی ناشی از فلورین

• هزینه تولید مقرون به صرفه

این ترکیب منحصر به فرد از ویژگی‌ها، CaF₂ را به ماده‌ای استثنایی برای کاربردهای اپتیکی پیشرفته تبدیل کرده است.

پوشش‌های اپتیکی (لایه‌های نوری)

پوشش‌های اپتیکی به فرآیند اعمال لایه‌های نازک از مواد شفاف الکترولیتی یا فلزی بر روی سطح زیرلایه‌ها به روش‌های فیزیکی یا شیمیایی اطلاق می‌شود. این فرآیند با اهداف زیر انجام می‌گیرد:

اهداف اصلی پوشش‌دهی:

• تغییر ویژگی‌های بازتاب و عبور سطح مواد

• کاهش یا افزایش بازتاب نور

• ایجاد قابلیت‌های تخصصی شامل:

  • تقسیم پرتو (Beam Splitting)

  • تفکیک رنگی (Color Separation)

  • فیلتراسیون نوری (Light Filtering)

  • پلاریزاسیون (Polarization)

انواع پوشش‌های قابل ارائه:

1. لایه‌های ضد بازتاب (AR Coatings):

   • پوشش‌های پهن‌باند برای محدوده‌های:

     • فرابنفش (UV)

     • مرئی (Visible)

     • فروسرخ نزدیک (NIR)

     • میانه فروسرخ (Mid-IR)

2. لایه‌های بازتاب‌دهنده بالا (HR Coatings)

3. لایه‌های طیفی (Spectral Coatings)

4. لایه‌های فلزی (Metallic Coatings)

توجه فنی:
این پوشش‌ها با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته مانند تبخیر در خلا و کندوپاش (Sputtering) با دقت نانومتری اعمال می‌شوند. انتخاب نوع پوشش و روش اعمال آن بستگی به مشخصات زیرلایه و کاربرد نهایی دارد.

رده‌بندی کریستال‌های پنجره‌های 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، زیرساختاری، چندبلور

• عبور داخلی: >99.0% (نمونه 10mm)

• دوگانگی تنش متوسط: PV 1-30nm/cm@633nm

• یکنواختی اپتیکی: PV 3-50ppm@633nm

• تست نور سبز (25-125mW): بدون ستون نور مرئی، حباب یا ذرات پراکنده

درجه UR

• اندازه معمول: φ80×180mm، φ100×180mm

• حداکثر اندازه: φ400×60mm

• محدوده طول موج کاربردی: 200nm تا 400nm

• ساختار کریستالی: تک‌بلور (مجاز به زیرساخت)

• عبور داخلی: >99.0% (نمونه 10mm)

• دوگانگی تنش متوسط: PV 1-30nm/cm@633nm

• یکنواختی اپتیکی: PV 3-20ppm@633nm

• جذب طیفی:

  • بدون پیک جذب در 205nm

  • پیک جذب در 306nm±5nm ≤0.2%

• تست نور سبز: مشابه درجه VIR

درجه VUV

• محدوده طول موج کاربردی: 130nm تا 200nm

• ساختار کریستالی: تک‌بلور

• عبور نور:

  • 50% @130nm

  • 80% @160nm

  • 85% @200nm (نمونه 10mm)

• دوگانگی تنش متوسط: PV 1-20nm/cm@633nm

• یکنواختی اپتیکی: PV 1-15ppm@633nm

• تست نور سبز: مشابه درجات قبل

درجه IC Tool (ICT)

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

• ساختار کریستالی: تک‌بلور

• عبور داخلی:

  • 99.8% @355nm و 248nm

  • 99.7% @193nm

  • 99.4% @157nm (نمونه 10mm)

  • بدون جذب در 205nm و 306nm

• دوگانگی تنش: PV 2-10nm/cm@633nm

• یکنواختی اپتیکی: PV 3-20ppm@633nm

• تست نور سبز: مشابه

درجه IC Laser (ICL)

• ویژگی‌ها: مطابق با درجه ICT

• تحمل لیزر: استاندارد مشخصی ندارد

• آستانه آسیب لیزر: ~7J/cm² @193nm

درجه Raman

• محدوده طول موج: 130nm تا 7.6μm

• ساختار کریستالی: تک‌بلور

• عبور داخلی:

  • 50% @130nm

  • 80% @160nm

  • 85% @200nm (نمونه 10mm)

  • بدون جذب در 205nm و 306nm

• دوگانگی تنش: PV 2-30nm/cm@633nm

• تست نور سبز: مشابه

• ویژگی ویژه: کریستال‌های فاقد فلورسانس

نکته: تمامی داده‌ها بر اساس نمونه‌های 10mm ضخامت اندازه‌گیری شده‌اند. انتخاب رده مناسب بستگی به نیازهای خاص کاربرد (لیزر، طیف‌سنجی، ابزارهای نیمه‌هادی و …) دارد.

آزمون عبور نور پنجره‌های فلورید کلسیم (CaF₂)

تجهیزات آزمایش:

• طیف‌سنج فرابنفش-مرئی (UV-Visible Spectrophotometer)

نمونه‌های مورد آزمایش:

• کریستال‌های فلورید کلسیم بدون پراکندگی نور

• قطر نمونه‌ها: حداقل ۲۰ میلی‌متر

• ضخامت نمونه‌ها: حداقل ۳ میلی‌متر

• پرداخت سطح: کیفیت سطح صیقل‌داده‌شده با استاندارد ۸۰/۵۰

رده‌بندی نمونه‌ها:

• درجه IR (مادون قرمز)

نتایج آزمون عبور نور:

• محدوده ۴۰۰ نانومتر و بالاتر: ضریب عبور نور بالاتر از ۹۳٪

• محدوده ۲۰۰ تا ۴۰۰ نانومتر:

  • امکان وجود جذب در ۲۰۵ نانومتر

  • امکان وجود پیک جذب در ۳۰۶ نانومتر

این آزمون با دقت بالا و مطابق با استانداردهای بین‌المللی انجام شده است. نتایج نشان‌دهنده کیفیت اپتیکی مطلوب نمونه‌های فلورید کلسیم در محدوده‌های مختلف طیفی است.

تک بلور (Monocrystalline)

• در بررسی با چشم غیرمسلح و تحت نور روز، هیچ مرز دانه (grain boundary) یا نوارهای بافته‌مانند (wicker-like stripes) روی سطح کریستال مشاهده نمی‌شود.

• این ویژگی نشان‌دهنده ساختار بلوری کاملاً یکنواخت و عاری از نقایص ماکروسکوپی است.

ملاحظات فنی:

• عدم مشاهده ناهنجاری‌های ظاهری، تأییدی بر کیفیت بالای بلور و مناسب بودن آن برای کاربردهای اپتیکی حساس (مانند لیزر و طیف‌سنجی) است.

• این مشخصه معمولاً در بلورهای رشد یافته با روش‌های پیشرفته (مانند روش Czochralski یا Bridgman) حاصل می‌شود.

ساختار زیربلوری (Sub-crystal)

• در بررسی چشمی تحت نور روز، نوارهای بیدمانند (willow stripes) روی سطح کریستال مشاهده می‌شوند که مساحت آنها کمتر از ۱/۶ قطر انتهایی نمونه است.

• این نوارها پس از پرداخت سطحی (صیقل کاری) نامرئی می‌شوند.

نکات فنی:

• وجود این نوارها نشان‌دهنده ساختار زیربلوری در ماده است که معمولاً ناشی از تغییرات جزئی در شرایط رشد بلور می‌باشد.

• با این حال، از بین رفتن این ویژگی پس از پرداخت، نشان می‌دهد که خواص اپتیکی اصلی ماده تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.

• این نوع ساختار برای بسیاری از کاربردهای صنعتی که نیازمند کیفیت اپتیکی بالا هستند (ولی در سطح دقیقِ کاربردهای تک‌بلوری کامل نیستند) مناسب است.

تذکر: حتی در صورت مشاهده این ناهنجاری‌های ظاهری، نمونه‌های با این ساختار می‌توانند برای مصارف عمومی اپتیکی (مثل پنجره‌های محافظ یا لنزهای غیرحساس) مورد استفاده قرار گیرند.

ساختار چندبلوری (Polycrystalline)

ویژگی‌های ظاهری:

• در بررسی چشمی تحت نور روز، خطوط مرز بلورهای نافذ (penetrating crystal boundary lines) به وضوح روی سطح کریستال قابل مشاهده هستند

• تفاوت محسوسی در میزان تیرگی و روشنی بین دو طرف این مرزهای بلوری وجود دارد

توصیف فنی:

1. ساختار شناسی:

• این نمونه دارای ساختار چندبلوری است که از به هم پیوستن بلورهای کوچک‌تر با جهت‌گیری‌های متفاوت تشکیل شده است

• مرزهای دانه (grain boundaries) به صورت خطوط واضحی در سطح ماده ظاهر می‌شوند

2. پیامدهای اپتیکی:

• وجود این مرزها می‌تواند باعث:

  • پراکندگی نور

  • تغییرات موضعی در ضریب شکست

  • ناهمگنی اپتیکی در نمونه شود

3. کاربردها:

• معمولاً برای کاربردهای اپتیکی با دقت متوسط مناسب است

• در مواردی که نیاز به خواص اپتیکی کاملاً همگن نیست، قابل استفاده می‌باشد

ملاحظات:

• این ساختار در مقایسه با نمونه‌های تک‌بلوری از کیفیت اپتیکی پایین‌تری برخوردار است

• هزینه تولید آن معمولاً کمتر از نمونه‌های تک‌بلوری است

مواد اپتیکی و کاربردهای آنها

N-BK7

شیشه اپتیکی N-BK7 پرکاربردترین ماده برای تولید قطعات اپتیکی باکیفیت است. این ماده دارای عبور نور عالی در محدوده مرئی تا فروسرخ نزدیک (350-2000 نانومتر) بوده و در تلسکوپ‌ها، سیستم‌های لیزری و سایر کاربردها استفاده می‌شود. زمانی از N-BK7 استفاده می‌شود که مزایای سیلیکای ذوب‌شده UV (عبور عالی و ضریب انبساط حرارتی پایین در محدوده UV) مورد نیاز نباشد.

سیلیکای ذوب‌شده UV

سیلیکای ذوب‌شده UV عبور بالایی از محدوده UV تا فروسرخ نزدیک (185-2100 نانومتر) دارد. این ماده یکنواختی بهتر و ضریب انبساط حرارتی پایین‌تری نسبت به H-K9L (N-BK7) دارد و برای کاربردهای لیزر پرتوان و تصویربرداری ایده‌آل است.

فلورید کلسیم (CaF₂)

با عبور نور بالا و ضریب شکست پایین در محدوده 180 نانومتر تا 8 میکرومتر، فلورید کلسیم برای پنجره‌ها و لنزها در طیف‌سنج‌ها و سیستم‌های تصویربرداری حرارتی استفاده می‌شود. همچنین به دلیل آستانه تحمل بالا در برابر لیزر، در لیزرهای اگزایمر کاربرد دارد.

فلورید باریم (BaF₂)

این ماده عبور بالایی در محدوده 200 نانومتر تا 11 میکرومتر داشته و در برابر تابش پرانرژی مقاوم است. فلورید باریم خاصیت سینتیلاسیون عالی دارد و برای قطعات اپتیکی فروسرخ و فرابنفش مناسب است. با این حال، مقاومت کمی در برابر رطوبت دارد و در دمای 500 درجه سانتیگراد در حضور آب تخریب می‌شود، اما در محیط خشک تا 800 درجه سانتیگراد قابل استفاده است. هنگام کار با این ماده باید از دستکش استفاده کرد و پس از کار دست‌ها را کاملاً شست.

فلورید منیزیم (MgF₂)

این ماده برای محدوده 200 نانومتر تا 6 میکرومتر ایده‌آل است و در محدوده فرابنفش عمیق و فروسرخ دور مقاومت بالایی دارد. فلورید منیزیم در برابر خوردگی شیمیایی، آسیب لیزری، شوک مکانیکی و حرارتی بسیار مقاوم است. سختی آن از فلورید کلسیم بیشتر اما از سیلیکای ذوب‌شده کمتر است و کمی خاصیت هیدرولیز دارد. سختی آن 415 و ضریب شکست 1.38 است.

سلنید روی (ZnSe)

سلنید روی عبور بالایی در محدوده 600 نانومتر تا 16 میکرومتر دارد و در تصویربرداری حرارتی، فروسرخ و سیستم‌های پزشکی استفاده می‌شود. همچنین به دلیل جذب پایین، برای لیزرهای CO₂ پرتوان مناسب است. این ماده نسبتاً نرم (سختی 120) بوده و به راحتی خط می‌افتد، بنابراین برای محیط‌های خشن توصیه نمی‌شود. هنگام حمل و تمیز کردن باید با احتیاط رفتار شود و از دستکش یا پوشش انگشت استفاده گردد. نباید از انبرک یا ابزار دیگر برای حمل آن استفاده کرد.

سیلیکون (Si)

سیلیکون برای محدوده فروسرخ نزدیک (1.2-8 میکرومتر) مناسب است. به دلیل چگالی پایین، برای کاربردهای حساس به وزن، به ویژه در محدوده 3-5 میکرومتر ایده‌آل است. سختی آن 1150 بوده و از ژرمانیوم سخت‌تر و کمتر شکننده است. به دلیل جذب بالا در 9 میکرومتر، برای کاربردهای انتقال لیزر CO₂ مناسب نیست.

ژرمانیوم (Ge)

ژرمانیوم برای محدوده فروسرخ نزدیک (2-16 میکرومتر) و لیزرهای فروسرخ مناسب است. به دلیل ضریب شکست بالا، انحنای سطح کم و ابیراهی رنگی پایین، معمولاً در سیستم‌های تصویربرداری کم‌توان نیاز به تصحیح ندارد. با این حال، با افزایش دما عبور آن کاهش می‌یابد و فقط تا 100 درجه سانتیگراد قابل استفاده است. چگالی آن (5.33 گرم/سانتی‌متر مکعب) در طراحی سیستم‌های حساس به وزن باید در نظر گرفته شود. سطح لنزهای ژرمانیوم با دستگاه تراش الماس پرداخت می‌شود و برای کاربردهای فروسرخ مانند تصویربرداری حرارتی، تقسیم‌کننده‌های پرتو فروسرخ و سیستم‌های FLIR مناسب است.

CVD ZnS

CVD ZnS تنها ماده اپتیکی فروسرخ (به غیر از الماس) است که محدوده مرئی تا فروسرخ موج بلند (LWIR) و حتی امواج مایکروویو را پوشش می‌دهد. این ماده مهم‌ترین ماده برای پنجره‌های LWIR است و در سیستم‌های تصویربرداری حرارتی با وضوح بالا، پنجره‌های “سه‌اپتیکی” و پنجره‌های ترکیبی لیزر فروسرخ نزدیک/دو رنگ فروسرخ استفاده می‌شود.