پنجره‌های گوه‌ای از جنس یاقوت کبود

پنجره‌های گِوِه‌ای از جنس یاقوت مصنوعی (Sapphire Wedge Windows)

پنجره‌های گِوِه‌ای دارای دو سطح صاف با زاویه انحنای مشخص هستند. این طراحی غیرموازی از دو اثر نامطلوب جلوگیری می‌کند:

1. اثر تداخلی (اتالون): ناشی از بازتاب نور بین سطوح موازی پنجره‌های معمولی

2. بازخورد تداخلی اپتیکی: که باعث ناپایداری خروجی لیزر، پرش مُد و مشکلات مشابه می‌شود

این پنجره‌ها قادرند پرتو ورودی را با زاویه‌ای مشخص منحرف کنند. در صورت استفاده جفتی، با چرخش نسبی دو گِوِه می‌توان پرتو خروجی را در هر جهت دلخواه درون یک مخروط زاویه‌ای تنظیم نمود.

ویژگی‌های یاقوت مصنوعی:

• از مهم‌ترین کریستال‌های مصنوعی با کاربردهای گسترده

• خواص مکانیکی و اپتیکی استثنایی

• کاربرد در:

  • قطعات مقاوم به سایش

  • پنجره‌های اپتیکی

  • بسترهای اپیتاکسیال MOCVD

قابلیت‌های تولید:

شرکت ما قادر به تولید پنجره‌های گِوِه‌ای با مشخصات زیر است:

• ابعاد: قطر 2 تا 300 میلی‌متر

• ضخامت: 0.12 تا 60 میلی‌متر

• دقت:

  • کیفیت سطح تا 20-10

  • انحراف موج λ/10 در 633 نانومتر

  • زاویه گِوِه‌ای قابل تنظیم

فرآیندهای پرداخت:

1. پرداخت دیسک ژله‌ای

2. پرداخت سرعت بالا

3. پرداخت حلقوی

4. پرداخت CNC

تجهیزات کنترل کیفیت:

• اینترفرومتر ZYGO

• میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)

• اکسنتریسیتی‌سنج بازتاب و عبور

• گونیومتر 15 ثانیه‌ای

• سیستم مرکزگذاری UV ژله‌ای

• ضخامت‌سنج لیزری غیرتماسی

• تصویرگر دو بعدی

• قطرسنج کره‌ها

گزینه‌های پوشش ضدبازتاب:

• 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 (NIR I, NIR II)

• پوشش ضدبازتاب مخابراتی (Telecom-NIR)

• پوشش ضدبازتاب فروسرخ موج کوتاه (SWIR)

• پوشش ضدبازتاب لیزر یاقوت (YAG-BBAR)

این محصولات در سیستم‌های لیزری پیشرفته، تجهیزات اپتیکی دقیق و کاربردهای صنعتی خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پنجره‌های اپتیکی (Optical 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 تجهیزات زیر استفاده می‌شوند:

• سنسورهای الکترونیکی

• لنزهای اپتیکی

• دستگاه‌های لیزری

ویژگی‌های کلیدی:

• ایجاد هیچگونه تغییر در بزرگنمایی سیستم اپتیکی

• حفظ مشخصات اپتیکی پرتوهای عبوری

• امکان انتخاب از میان طیف گسترده‌ای از مواد پایه

مواد قابل ارائه به عنوان زیرلایه:

1. شیشه‌های اپتیکی:

• N-BK7 (شیشه بوروسیلیکاتی استاندارد)

• سیلیکای ذوب‌شده UV (برای محدوده فرابنفش)

• سیلیکای ذوب‌شده IR (برای محدوده فروسرخ)

2. کریستال‌های اپتیکی:

• فلورید کلسیم (CaF₂) – محدوده کاری وسیع از UV تا IR

• فلورید منیزیم (MgF₂) – مقاومت بالا در محیط‌های خورنده

• سلنید روی (ZnSe) – عملکرد عالی در محدوده IR

• ژرمانیوم (Ge) – برای کاربردهای فروسرخ

• سیلیکون (Si) – مناسب برای محدوده IR میانی

کاربردهای اصلی:

• سیستم‌های تصویربرداری

• تجهیزات لیزری

• طیف‌سنجی

• سنجش از دور

• سیستم‌های نوری صنعتی

این پنجره‌ها با توجه به نیازهای خاص هر کاربرد و با در نظر گرفتن پارامترهایی مانند محدوده طیفی، مقاومت مکانیکی و شرایط محیطی طراحی و تولید می‌شوند.

پنجره‌های اپتیکی (Optical Windows)

پنجره‌های اپتیکی صفحاتی از جنس شیشه‌های 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

• هدهای پردازش لیزری

ملاحظات انتخاب پنجره اپتیکی:

در انتخاب پنجره‌های اپتیکی باید به دو ویژگی اساسی توجه شود:

1. ویژگی‌های انتقال نور (Transmission Properties)

2. خواص مکانیکی (Mechanical Properties)

پارامترهای کلیدی پنجره‌های اپتیکی:

این پارامترها بسته به نیازهای خاص هر کاربرد (مانند سیستم‌های لیزری پرتوان، محیط‌های خورنده یا کاربردهای دقیق تصویربرداری) قابل تنظیم و انتخاب هستند.

نکته فنی: پنجره‌های اپتیکی به‌طور معمول باعث تغییر در بزرگنمایی سیستم نمی‌شوند و تنها به عنوان المان‌های محافظ یا اصلاح‌کننده مسیر نور عمل می‌کنند.

فلورید کلسیم (CaF₂) – کریستال اپتیکی با کاربردهای ویژه

فلورید کلسیم، کریستال مکعبی بی‌رنگی است که در آب نامحلول بوده و یکی از معدود کریستال‌های طبیعی با اهمیت در صنعت اپتیک محسوب می‌شود. این ماده به دلیل ویژگی‌های اپتیکی منحصر به فرد، جایگاه ویژه‌ای در کاربردهای دقیق اپتیکی دارد.

ویژگی‌های کلیدی:

1. محدوده عبور گسترده: عملکرد عالی در طیف وسیعی از طول‌موج‌ها

2. ضریب عبور بالا: حداقل تلفات نوری در محدوده کاری

3. ضریب شکست پایین: مناسب برای کاربردهای کاهش بازتاب سطحی

4. پراکندگی نسبی بالا: مزیت در طراحی سیستم‌های اپتیکی اصلاح شده

کاربردهای اصلی در صنعت اپتیک:

• لنزها و پنجره‌های سیستم‌های طیف‌سنجی

• المان‌های اپتیکی در لیزرهای اگزایمر

• اجزای سیستم‌های تصویربرداری فرابنفش

• قطعات اپتیکی در تجهیزات علمی دقیق

مزیت‌های رقابتی نسبت به مواد مشابه:

• پایداری شیمیایی و حرارتی عالی

• مقاومت در برابر تابش‌های پرانرژی

• قابلیت پرداخت سطح با کیفیت اپتیکی بالا

این کریستال طبیعی با ترکیب منحصر به فرد خواص اپتیکی و مکانیکی، گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای پیشرفته اپتیکی محسوب می‌شود که نیازمند مواد با عملکرد بالا در شرایط سخت محیطی هستند.

کاربردهای کریستال فلورید کلسیم (CaF₂) در اپتیک پیشرفته

کریستال‌های فلورید کلسیم به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد، کاربردهای گسترده‌ای در صنعت اپتیک دارند:

موارد کاربرد اصلی:

• پنجره‌های اپتیکی

• لنزهای دقیق

• منشورهای طیف‌سنجی

• تقسیم‌کننده‌های پرتو

• زیرلایه‌های اپتیکی

محدوده طیفی عملکرد:
از فرابنفش خلأ تا فروسرخ میانی

مزایای کلیدی:

1. ضریب عبور بسیار بالا در محدوده UV عمیق

2. آستانه تحمل لیزر فوق‌العاده در ناحیه فرابنفش

3. ویژگی‌های بی‌نظیر در محدوده فرابنفش خلأ

کاربردهای تخصصی:

• لیزرهای اگزایمر: استفاده از کریستال‌های تک‌بلور با خلوص بالا به عنوان پنجره

• لیزرهای مونوکسید کربن و لیزرهای شیمیایی: استفاده از کریستال‌های تک‌بلور یا کریستال‌های تک‌بلور فورج گرم

مزیت‌های رقابتی:
✓ مقاومت در برابر تابش
✓ مقاومت بالا در برابر اُزن
✓ مقاومت در برابر خوردگی توسط فلوئور
✓ هزینه تولید مقرون‌به‌صرفه

نکته فنی:
خاصیت اپتیکی CaF₂ در محدوده فرابنفش خلأ توسط هیچ ماده دیگری قابل رقابت نیست، که آن را به انتخابی ایده‌آل برای کاربردهای پیشرفته در این محدوده طیفی تبدیل کرده است.

پوشش‌های اپتیکی (Optical Coatings)

پوشش‌دهی اپتیکی فرآیندی است که طی آن لایه‌ای نازک از مواد شفاف دی‌الکتریک یا فلزی به روش‌های فیزیکی یا شیمیایی بر روی سطح زیرلایه‌های اپتیکی اعمال می‌شود. هدف اصلی این فرآیند، مهندسی و بهینه‌سازی ویژگی‌های بازتاب و عبور سطح مواد برای دستیابی به نیازهای خاص اپتیکی است.

اهداف کلیدی پوشش‌دهی:

• تنظیم ضریب بازتاب سطح

• ایجاد قابلیت تفکیک پرتو (Beam Splitting)

• امکان تفکیک طیفی (Color Separation)

• فیلتراسیون نوری انتخابی (Light Filtering)

• کنترل پلاریزاسیون نور (Polarization)

انواع پوشش‌های تخصصی قابل ارائه:

1. لایه‌های ضد بازتاب (AR Coatings):

   • پوشش‌های پهن‌باند برای محدوده‌های مختلف طیفی:

   • طیف فرابنفش (UV)

   • محدوده مرئی (Visible)

   • فروسرخ نزدیک (NIR)

   • فروسرخ میانی (Mid-IR)

2. لایه‌های بازتاب‌دهنده بالا (HR Coatings)

3. لایه‌های طیفی (Spectral Coatings)

4. لایه‌های فلزی (Metallic Coatings)

ویژگی‌های فنی:

• طراحی و بهینه‌سازی برای طول‌موج‌های خاص

• قابلیت اعمال بر روی انواع زیرلایه‌های اپتیکی

• مقاومت حرارتی و مکانیکی بالا

• پایداری بلندمدت در شرایط محیطی مختلف

این پوشش‌ها با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته‌ای مانند تبخیر حرارتی، کندوپاش مغناطیسی و رسوب‌دهی لایه اتمی با دقت نانومتری اعمال می‌شوند. هر نوع پوشش با توجه به نیازهای خاص کاربرد نهایی و پارامترهای عملکردی سیستم اپتیکی طراحی و بهینه‌سازی می‌گردد.

تک‌بلور (Monocrystalline)

● در بررسی با چشم غیرمسلح و تحت نور طبیعی روز، هیچ مرزدانه‌ای (grain boundaries) یا نوارهای بیدمانند (wicker-like stripes) روی سطح کریستال مشاهده نمی‌شود.

ویژگی‌های کلیدی:

• ساختار کاملاً یکنواخت و فاقد نقص‌های بلوری

• خواص اپتیکی و مکانیکی همسان‌گرد (isotropic) در تمام جهات

• کیفیت سطحی عالی پس از پرداخت

کاربردهای مهم:

✅ المان‌های اپتیکی با کیفیت بالا (لنز، منشور، پنجره)
✅ زیرلایه‌های نیمه‌هادی و اپیتاکسیال
✅ تجهیزات لیزرهای پرتوان و سیستم‌های طیف‌سنجی دقیق

این ویژگی‌ها، تک‌بلورها را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای حساس به ناهمگنی‌های ساختاری تبدیل می‌کند.

نیمه‌کریستال (Sub-crystal)

● در بررسی با چشم غیرمسلح و تحت نور طبیعی روز، نوارهای بیدی‌شکل (willow stripes) روی سطح کریستال مشاهده می‌شوند که:

• مساحت آنها کمتر از ۱/۶ قطر کلی نمونه است

• این نوارها پس از فرآیند پرداخت سطحی کاملاً محو می‌شوند

ویژگی‌های ساختاری:

• دارای درجه‌ای از نظم بلوری ولی نه کاملاً یکنواخت

• ناهمسانگردی محدود در مقایسه با مواد چندبلوری

• قابلیت بهبود کیفیت سطح با پرداخت نهایی

ملاحظات فنی:

• نوارهای مشاهده‌شده نشانگر اختلالات جزئی در شبکه بلوری هستند

• مناسب برای کاربردهای نیمه‌حساس اپتیکی

• هزینه تولید کمتر نسبت به تک‌بلورهای کامل

کاربردهای متداول:

• قطعات اپتیکی با نیازمندی‌های متوسط

• سیستم‌های غیرحساس به همگنی کامل

• محیط‌های عملیاتی با تنش‌های حرارتی کنترل‌شده

این ساختار، تعادلی مناسب بین کیفیت اپتیکی و صرفه‌اقتصادی ارائه می‌دهد.

چندبلور (Polycrystalline)

مشخصات ظاهری:

• در بررسی بصری با نور طبیعی، مرزهای بلوری کاملاً مشهود و نافذ در سطح کریستال مشاهده می‌شوند

• اختلاف محسوس در میزان روشنایی دو طرف مرزهای بلوری (کنتراست نوری قابل توجه)

ویژگی‌های ساختاری:

1. تجمع بلورهای ریز با جهت‌گیری‌های تصادفی

2. وجود مرزدانه‌های واضح با اختلاف ضریب شکست مشخص

3. رفتار ناهمسانگردی بارز در سطح ماکروسکوپی

پیامدهای اپتیکی:

• پراش نور در مرزهای بلوری

• کاهش ۱۵-۲۰% در انتقال نور کلی

• ایجاد پراکندگی زاویه‌ای در سیستم‌های نوری

کاربردهای فنی:

1. قطعات اپتیکی صنعتی با نیازمندی‌های مکانیکی بالا

2. ساختارهای مقاوم در برابر شوک‌های حرارتی (ΔT تا ۴۰۰°C)

3. تجهیزات نوری با محدودیت بودجه

مزیت‌های کلیدی:

• مقاومت مکانیکی بهبود یافته (افزایش ۳۰% نسبت به تک‌بلورها)

• هزینه تولید پایین‌تر (کاهش ۴۰-۵۰% هزینه)

• قابلیت تولید در ابعاد بزرگ

ملاحظات طراحی:

• عدم مناسب‌بودن برای کاربردهای حساس به همگنی اپتیکی

• نیاز به پوشش‌های ضدبازتاب برای بهبود عملکرد

• محدودیت در سیستم‌های با پرتوهای همگرا

این ساختار به‌عنوان راهکار اقتصادی برای کاربردهای صنعتی با نیازمندی‌های نوری متوسط پیشنهاد می‌شود.

مواد اپتیکی پیشرفته 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

• گزینه اقتصادی 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 N-BK7

• مناسب برای لیزرهای پرتوان و سیستم‌های تصویربرداری دقیق

3. فلورید کلسیم (CaF₂)

• محدوده کاری وسیع از 180 نانومتر تا 8 میکرومتر

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

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

4. فلورید باریم (BaF₂)

• محدوده عبور: 200 نانومتر تا 11 میکرومتر

• مقاوم در برابر تابش‌های پرانرژی

• خواص سینتیلاسیون عالی

• ملاحظات:

  • حساس به رطوبت (حداکثر 500°C در محیط مرطوب)

  • عملکرد تا 800°C در محیط خشک

  • نیاز به رعایت احتیاط در حمل و نقل

5. فلورید منیزیم (MgF₂)

• محدوده کاری: 200 نانومتر تا 6 میکرومتر

• مزایا:

  • مقاومت شیمیایی و مکانیکی عالی

  • 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 حمل 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

• کاربردهای پیشرفته:

  • پنجره‌های “سه-اپتیکی”

  • سیستم‌های تصویربرداری حرارتی با وضوح بالا

  • کاربردهای نظامی پیشرفته

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.