پنجره‌های گوِیی شده از سیلیکای ذوب شده

پنجره‌های گِوِه‌ای از جنس سیلیکای ذوب شده (UVFS)

پنجره‌های گِوِه‌ای دارای دو سطح صاف با زاویه انحنای مشخص هستند. این دو سطح غیرموازی، از اثر تداخلی (اثر اِتالون) ناشی از بازتاب نور بین سطوح جلو و عقب پنجره‌های کاملاً موازی جلوگیری می‌کنند. همچنین، این ساختار از بازخورد تداخلی نوری در حفره تشدید لیزر که منجر به ناپایداری خروجی لیزر، پرش مُد (Mode Jumping) و سایر اختلالات می‌شود، ممانعت به عمل می‌آورد. از این پنجره‌ها معمولاً برای انحراف پرتو فرودی به جهت مشخص با زاویه انحراف معین استفاده می‌شود. در صورت استفاده جفتی از این پنجره‌ها، با چرخش نسبی دو گِوِه، می‌توان پرتو خروجی را در هر جهت دلخواه درون یک مخروط زاویه‌ای با محوریت پرتو فرودی تنظیم کرد.

سیلیکای ذوب شده (Fused Silica) شکل بی‌شکل (شیشه‌ای) اکسید سیلیسیم (کوارتز، سیلیکا) است. این ماده یک شیشه معمولی با ساختار اتمی بی‌نظم در مقیاس بلند است که به‌واسطه شبکه سه‌بعدی پیوندهایش، دمای کاری بالا و ضریب انبساط حرارتی پایینی را ارائه می‌دهد.

شرکت ما قادر به تولید پنجره‌های گِوِه‌ای از جنس SiO₂ با قطر ۲ تا ۳۰۰ میلی‌متر و ضخامت ۰٫۱۲ تا ۶۰ میلی‌متر (با دقت سطحی تا ۲۰-۱۰، انحراف موج λ/۱۰ در ۶۳۳ نانومتر و زاویه گِوِه‌ای ۵ تا ۱۵ دقیقه قوسی) است. این محصولات با چهار فرآیند اصلی پرداخت شامل: پرداخت دیسک ژله‌ای، پرداخت سرعت بالا، پرداخت حلقوی و پرداخت CNC تولید می‌شوند. برای تضمین دقت اندازه‌گیری، از دستگاه‌های پیشرفته‌ای همچون:

• اینترفرومتر زایگو (ZYGO)

• میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)

• اکسنتریسیتی‌سنج بازتاب و عبور

• گونیومتر ۱۵ ثانیه‌ای

• سیستم مرکزگذاری UV ژله‌ای

• ضخامت‌سنج لیزری غیرتماسی

• تصویرگر دو بعدی (2D Imager)

• قطرسنج کُره‌ها
  استفاده می‌شود.

گزینه‌های پوشش (کوتیнг):

• MgF₂

• پوشش ضدبازتاب فرابنفش (UV-AR)

• پوشش ضدبازتاب فرابنفش-مرئی (UV-VIS)

• پوشش ضدبازتاب مرئی با پهنای باند گسترده (VIS-EXT)

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

• پوشش ضدبازتاب فروسرخ نزدیک نوع I و II (NIR I, NIR II)

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

• پوشش ضدبازتاب فروسرخ موج کوتاه (SWIR)

• پوشش ضدبازتاب لیزر یاقوت (YAG-BBAR)

این محصولات در سیستم‌های اپتیکی، لیزر و کاربردهای دقیق صنعتی و آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پنجره‌های اپتیکی از جنس سیلیکای ذوب شده

پنجره‌های اپتیکی صفحاتی از جنس شیشه اپتیکی هستند که پس از فرآیندهای سنگ‌زنی و پرداخت، دارای دو سطح کاملاً موازی می‌باشند. این محصولات عمدتاً به عنوان محافظ برای سنسورهای الکترونیکی، لنزهای اپتیکی و دستگاه‌های لیزری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پنجره‌های ساخته شده از سیلیکای ذوب شده با دارا بودن ویژگی‌های منحصر به فردی از جمله:

• ضریب عبور نور بسیار بالا

• مقاومت حرارتی عالی

• پایداری محیطی فوق‌العاده

بهینه‌ترین گزینه برای کاربردهای مختلف از جمله:

• تجهیزات لیزری

• سیستم‌های حفاظتی در فرآیندهای نشر و آشکارسازی

• سیستم‌های تصویربرداری در محدوده طیف فرابنفش (UV)

شرکت ما توانایی تأمین پنجره‌های سیلیکای ذوب شده در ابعاد و اندازه‌های مختلف را مطابق با نیازهای خاص مشتریان دارا می‌باشد. این محصولات با دقت اپتیکی بالا و کیفیت سطحی ممتاز تولید می‌شوند.

پنجره‌های اپتیکی (Windows)

پنجره‌های اپتیکی صفحاتی از جنس شیشه‌های اپتیکی هستند که پس از فرآیندهای سنگ‌زنی و پرداخت، به دو سطح کاملاً موازی تبدیل می‌شوند. این قطعات عمدتاً به عنوان محافظ برای تجهیزاتی نظیر سنسورهای الکترونیکی، لنزهای اپتیکی و هَدهای پردازش لیزری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ملاحظات انتخاب پنجره اپتیکی:

در انتخاب پنجره‌های اپتیکی، باید به دو ویژگی کلیدی توجه شود:

1. خواص انتقال نور ماده (Transmission Properties)

2. خواص مکانیکی (Mechanical Properties)

پارامترهای مهم در پنجره‌های اپتیکی:

• ضریب عبور نور (Transmission) – تعیین‌کننده بازده نوری در طول‌موج‌های مورد نظر

• کیفیت سطح (Surface Quality) – تأثیرگذار در کاهش پراکندگی نور و افت‌های اپتیکی

• ضخامت (Thickness) – متناسب با استحکام مکانیکی و کاربردهای خاص

• موازی‌بودن سطوح (Parallelism) – جلوگیری از اعوجاج پرتوهای عبوری

• جنس ماده پایه (Substrate Material) – تعیین‌کننده مقاومت حرارتی، شیمیایی و طیف کاری

• سایر ویژگی‌های تخصصی – مانند مقاومت در برابر لیزر، پوشش‌های ضدبازتاب و…

این پارامترها بسته به نیازهای خاص هر کاربرد (مانند سیستم‌های لیزری، تصویربرداری یا محیط‌های خشن صنعتی) قابل تنظیم و انتخاب هستند.

سیلیکای ذوب شده (کوارتز مصنوعی) – ماده پایه کلیدی در اپتیک

کوارتز طبیعی که با نام شیشه کوارتز نیز شناخته می‌شود، پس از فرآیندهای مختلف پردازش به سیلیکای ذوب شده تبدیل می‌گردد. این ماده به عنوان رایج‌ترین و مهم‌ترین ماده پایه برای ساخت قطعات اپتیکی شناخته می‌شود.

در مقایسه با کوارتز طبیعی، سیلیکای ذوب شده مصنوعی دارای دو ویژگی برجسته است:

1. سختی پرتویی بالاتر (Higher Radiometric Hardness)

2. ضریب عبور مطلق بهبود یافته (Higher Absolute Transmittance)

این خصوصیات منحصر به فرد، سیلیکای ذوب شده را به ماده‌ای ایده‌آل برای کاربردهای اپتیکی در گستره وسیعی از طول موج‌ها تبدیل کرده است:

• محدوده فرابنفش (UV)

• محدوده مرئی (Visible)

• محدوده فروسرخ نزدیک (NIR)

• محدوده فروسرخ (IR)

• حتی در محدوده تراهرتز (THz)

این قابلیت‌های استثنایی، سیلیکای ذوب شده را به گزینه اول بسیاری از سیستم‌های اپتیکی پیشرفته تبدیل نموده است.

مقایسه سیلیکای ذوب‌شده با مواد K9 و BK7

سیلیکای ذوب‌شده (Fused Silica) در مقایسه با مواد اپتیکی متداول مانند K9 و BK7 دارای مزایای قابل توجهی است که آن را برای کاربردهای حساس و شرایط سخت محیطی مناسب‌تر می‌سازد:

مزایای کلیدی:

1. ویژگی‌های حرارتی برتر

   • مقاومت بیشتر در برابر شوک‌های حرارتی

   • ضریب انبساط حرارتی پایین‌تر

   • پایداری ابعادی عالی در دماهای متغیر

2. درجه خلوص بالاتر

   • کاهش ناخالصی‌های داخلی

   • حداقل حباب‌ها و ناهمگنی‌های داخلی

   • عملکرد اپتیکی یکنواخت‌تر

3. مقاومت محیطی استثنایی

   • مقاومت شیمیایی عالی در برابر اسیدها و بازها

   • پایداری در برابر رطوبت و عوامل جوی

   • مقاومت سایشی بهبود یافته

کاربردهای پیشنهادی:

• سیستم‌های لیزری پرتوان

• محیط‌های صنعتی با شرایط عملیاتی سخت

• کاربردهای فضایی و نظامی

• تجهیزات آزمایشگاهی دقیق

• سیستم‌های اپتیکی تحت بار حرارتی بالا

این ویژگی‌های منحصر به فرد، سیلیکای ذوب‌شده را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهایی تبدیل می‌کند که مواد استانداردی مانند K9 و BK7 قادر به پاسخگویی به نیازهای آنها نیستند.

پوشش‌های اپتیکی (Optical Coatings)

پوشش‌دهی اپتیکی به فرآیند اعمال لایه‌های نازک از مواد شفاف دی‌الکتریک یا فلزی بر روی سطح زیرلایه‌های اپتیکی به روش‌های فیزیکی یا شیمیایی اطلاق می‌شود. هدف اصلی از این فرآیند، تغییر ویژگی‌های بازتاب و عبور سطح مواد برای دستیابی به نیازهای خاص اپتیکی است.

اهداف اصلی پوشش‌دهی اپتیکی:

• کاهش یا افزایش بازتاب سطح

• ایجاد خاصیت تفکیک پرتو (Beam Splitting)

• تفکیک طیفی (Color Separation)

• فیلتراسیون نوری (Light Filtering)

• ایجاد پلاریزاسیون (Polarization)

انواع پوشش‌های قابل ارائه:

1. لایه‌های ضد بازتاب (AR – Anti-Reflective):

   • پوشش‌های پهن‌باند برای محدوده‌های مختلف طیفی:

     • فرابنفش (UV)

     • مرئی (Visible)

     • فروسرخ نزدیک (NIR)

     • فروسرخ میانی (Mid-IR)

2. لایه‌های بازتاب‌دهنده بالا (HR – High-Reflective)

3. لایه‌های طیف‌سنجی (Spectral Films)

4. لایه‌های فلزی (Metallic Films)

این پوشش‌ها با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته مانند تبخیر حرارتی، کندوپاش مغناطیسی (Magnetron Sputtering) و رسوب‌دهی لایه اتمی (ALD) با دقت نانومتری اعمال می‌شوند. هر نوع پوشش با توجه به کاربرد نهایی و پارامترهای عملکردی سیستم اپتیکی طراحی و بهینه‌سازی می‌شود.

سیلیکای ذوب‌شده (Fused Silica) و کاربردهای اپتیکی آن

کوارتز طبیعی که با نام شیشه کوارتز (Quartz Glass) نیز شناخته می‌شود، از طریق فرآیندهای مختلفی به سیلیکای ذوب‌شده (Fused Silica) تبدیل می‌گردد. این ماده یکی از رایج‌ترین و مهم‌ترین مواد مورد استفاده در ساخت قطعات اپتیکی محسوب می‌شود.

مزایای سیلیکای مصنوعی نسبت به کوارتز طبیعی:

• سختی پرتویی بالاتر (Higher Radiometric Hardness)

• ضریب عبور مطلق بهبود یافته (Higher Absolute Transmittance)

• عملکرد اپتیکی برتر در محدوده‌های مختلف طیفی:

  • فرابنفش (UV)

  • مرئی (Visible)

  • فروسرخ نزدیک (Near IR)

  • فروسرخ (IR)

  • تراهرتز (Terahertz)

طبقه‌بندی شیشه‌های کوارتز بر اساس محدوده عبور:

تحلیل طیف‌نمایی عبور:

طیف‌نمایی عبور سیلیکای مصنوعی در مقایسه با کوارتز طبیعی نشان می‌دهد که:

1. سیلیکای مصنوعی:

• عبور بالای 85% در محدوده 185-2600 نانومتر

• در برخی مدل‌ها:

  • عبور بیش از 80% در طول موج 165 نانومتر (فرابنفش عمیق)

  • نقطه جذب در حدود 2800 نانومتر

  • عبور بیش از 80% تا 3500 نانومتر

2. کوارتز طبیعی:

• محدوده عبور مطلوب: 270-2600 نانومتر

• عملکرد ضعیف‌تر در محدوده فرابنفش نسبت به سیلیکای مصنوعی

• بازتاب کمتر از 10% در تمام طول‌موج‌ها

  • حدود 10% در فرابنفش نزدیک

  • کاهش تدریجی تا 6% در فروسرخ نزدیک

این ویژگی‌ها، سیلیکای مصنوعی را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای حساس اپتیکی تبدیل کرده است.

تک‌بلور (Monocrystalline)

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

توضیحات تخصصی:

ساختار تک‌بلور به دلیل دارا بودن شبکه کریستالی کاملاً منظم و یکنواخت، فاقد هرگونه مرزدانه یا ناهمسان‌گردی ساختاری است. این ویژگی منجر به خواص اپتیکی و مکانیکی همگن در تمام جهات کریستال می‌گردد.

کاربردهای مهم:

• الماس‌های صنعتی و ابزارهای برش دقیق

• ویفرهای نیمه‌هادی در صنایع الکترونیک

• لنزها و پنجره‌های اپتیکی با کارایی بالا

• حسگرهای کوانتومی و تجهیزات لیزر

این مشخصه‌های منحصر به فرد، تک‌بلورها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای حساس به ناهمگنی‌های ساختاری تبدیل می‌کند.

نیمه‌بلور (Sub-crystal)

● در بررسی با چشم غیرمسلح و تحت نور روز، نوارهای بیدی‌شکل (willow stripes) روی سطح کریستال مشاهده می‌شوند که مساحت آنها کمتر از ۱/۶ قطر انتهایی نمونه است. این نوارها پس از پرداخت سطح از بین می‌روند.

ویژگی‌های کلیدی:

• ساختار نیمه‌بلور دارای درجاتی از نظم کریستالی است

• ناهمسان‌گردی محدود در مقایسه با مواد چندبلوری

• قابلیت بهبود کیفیت سطح با پرداخت نهایی

ملاحظات فنی:

• نوارهای مشاهده‌شده نشانگر نواقص جزئی در شبکه کریستالی هستند

• پرداخت سطح می‌تواند ویژگی‌های اپتیکی را بهبود بخشد

• مناسب برای کاربردهای با نیازهای متوسط به یکنواختی ساختاری

این نوع مواد در کاربردهایی که نیاز به خواص بین تک‌بلور و چندبلور دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

چندبلور (Polycrystalline)

● در بررسی بصری تحت نور طبیعی روز، خطوط مرز بلوری (crystal boundary lines) کاملاً مشهود بوده که به صورت نفوذی در سطح کریستال ظاهر می‌شوند. تفاوت محسوسی در میزان تیرگی و روشنی بین دو طرف این مرزهای بلوری قابل مشاهده است.

ویژگی‌های ساختاری:

1. ساختار ناهمگن متشکل از بلورهای کوچک با جهت‌گیری‌های مختلف

2. مرزهای دانه‌ای واضح با اختلاف ضریب شکست قابل توجه

3. پراکندگی نور در مرزهای بلورها به دلیل تغییر ناگهانی در جهت کریستالوگرافی

ملاحظات اپتیکی:

• ایجاد پدیده پراش نور در مرزهای بلوری

• کاهش انتقال نور کلی به دلیل تلفات در مرزدانه‌ها

• مناسب برای کاربردهای غیرحساس به همگنی اپتیکی

کاربردهای معمول:

• قطعات اپتیکی با نیازمندی‌های متوسط

• ساختارهای مقاوم در برابر شوک حرارتی

• محیط‌های عملیاتی با تنش‌های مکانیکی بالا

این ساختار در مقایسه با تک‌بلورها از نظر اپتیکی کارایی کمتری دارد، اما از مزایای اقتصادی و مکانیکی برخوردار است.

مواد اپتیکی و کاربردهای تخصصی آنها

1. شیشه اپتیکی N-BK7

• پرکاربردترین ماده برای ساخت قطعات اپتیکی با کیفیت بالا

• محدوده عبور عالی از مرئی تا فروسرخ نزدیک (350-2000 نانومتر)

• کاربردهای اصلی: تلسکوپ‌ها، سیستم‌های لیزری

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

2. سیلیکای ذوب‌شده UV

• محدوده عبور گسترده از UV تا فروسرخ نزدیک (185-2100 نانومتر)

• یکنواختی بهتر و ضریب انبساط حرارتی پایین‌تر نسبت به H-K9L

• مناسب برای کاربردهای لیزرهای پرتوان و سیستم‌های تصویربرداری

3. فلورید کلسیم (CaF₂)

• عبور بالا در محدوده 180 نانومتر تا 8 میکرومتر

• کاربرد اصلی: پنجره‌ها و لنزهای طیف‌سنج‌ها و سیستم‌های تصویربرداری حرارتی

• مقاومت بالا در برابر آسیب لیزر (مناسب برای لیزرهای اگزایمر)

4. فلورید باریم (BaF₂)

• محدوده عبور: 200 نانومتر تا 11 میکرومتر

• مقاوم در برابر تابش‌های پرانرژی

• خواص سینتیلاسیون عالی برای قطعات اپتیکی IR/UV

• ملاحظات:

  • مقاومت کم در برابر رطوبت

  • محدوده دمایی کارکرد: تا 800°C در محیط خشک

  • نیاز به رعایت احتیاط در حین کار (استفاده از دستکش)

5. فلورید منیزیم (MgF₂)

• محدوده کاری: 200 نانومتر تا 6 میکرومتر

• مزایا:

  • مقاومت شیمیایی و مکانیکی عالی

  • مقاوم در برابر شوک حرارتی

  • سختی موس: 415

  • ضریب شکست: 1.38

6. سلنید روی (ZnSe)

• محدوده عبور: 600 نانومتر تا 16 میکرومتر

• کاربردها:

  • تصویربرداری حرارتی و پزشکی

  • لیزرهای CO₂ پرتوان

• ملاحظات:

  • ماده نرم (سختی موس 120)

  • نیاز به مراقبت ویژه در تمیزکردن و نگهداری

7. سیلیکون (Si)

• محدوده کاری: 1.2 تا 8 میکرومتر

• مزایا:

  • چگالی پایین (مناسب برای کاربردهای حساس به وزن)

  • سختی بالا (سختی موس 1150)

• محدودیت: جذب بالا در 9 میکرومتر

8. ژرمانیوم (Ge)

• محدوده کاری: 2 تا 16 میکرومتر

• ویژگی‌ها:

  • ضریب شکست بالا

  • انحراف رنگی کم

• محدودیت‌ها:

  • حساسیت دمایی (حداکثر 100°C)

  • چگالی بالا (5.33 g/cm³)

• کاربردها: سیستم‌های تصویربرداری حرارتی، فلیر

9. ZnS CVD

• تنها ماده اپتیکی (پس از الماس) با پوشش تمام طیفی از مرئی تا مایکروویو

• کاربردهای پیشرفته:

  • پنجره‌های “سه-اپتیکی”

  • سیستم‌های تصویربرداری حرارتی با وضوح بالا

  • پنجره‌های ترکیبی IR/لیزر

هر یک از این مواد با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در کاربردهای خاص اپتیکی و فوتونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب ماده مناسب باید با در نظر گرفتن پارامترهای عملکردی، محیط عملیاتی و محدودیت‌های طراحی صورت پذیرد.