유리 광학 윈도우 란 무엇입니까? 속성, 용도 및 선택 안내서

복잡한 렌즈, 거울 및 레이저 시스템이 빛을 조작하는 광학 및 광자의 세계에서는 성공에 중요한 놀라운 기본 구성 요소가 있습니다. 광학 창 . 종종 간과되는 겸손한 유리 광학 창은 민감한 기기를 보호하고 환경을 분리하며 최소한의 왜곡으로 빛을 전달하는 투명한 장벽 역할을하는 주변 지역입니다. 자신이 무엇인지 이해하고, 일하는 방법 및 올바른 것을 선택하는 방법을 이해하는 것은 엔지니어, 디자이너 및 애호가 모두에게 필수적입니다.

이 기사는 유리 광학 창을 비난하며 기본 개념을 넘어서 성능을 정의하는 주요 속성과 응용 프로그램에 적합한 것을 선택하기위한 실질적인 고려 사항을 탐색합니다.

간단한 유리 너머 : 광학 창의 핵심 기능

가장 간단한 광학 창은 광학 경로에 최소한의 영향을 미치면 빛이 통과 할 수 있도록 설계된 평평하고 일반적으로 평면 평행 유리 조각입니다. 렌즈와 달리 그 목적은 광선에 초점을 맞추거나 분기하지 않습니다. 주요 작업은 다음과 같습니다.

1. 환경 보호 : 먼지, 수분, 화학 물질 또는 압력 차동으로 광학 시스템을 밀봉합니다. 예를 들어, 창은 잠수함 카메라 또는 과학 진공 챔버 내부의 센서와 렌즈를 보호합니다.
2. 빔 액세스 : 빛이 시스템에 입력하거나 종료 할 수있는 물리적 포트를 제공합니다. 이것은 레이저 공동 및 분광기에서 일반적입니다.
3. 스펙트럼 분리 : 특정 재료로 만든 창을 사용하여 특정 파장의 빛 만 통과 할 수 있도록합니다.

그들의 기능은 시스템에 "보이지 않는"것이기 때문에, 그들의 품질은 그들이 그들을 통과하는 빛을 얼마나 적게 바꾸는 지에 의해 판단됩니다.

성능을 정의하는 주요 속성

모든 유리가 동일하게 생성되는 것은 아닙니다. AN의 성능 광학 아파트 몇 가지 중요한 재료 특성과 물리적 특성에 의해 결정됩니다.

1. 기판 재료 :
사용 된 유리의 유형 기판 재료 , 가장 중요한 선택입니다. 각 자료에는 독특합니다 전송 범위 - 통과 할 수있는 빛의 스펙트럼.

• 보로 실리케이트 유리 (예 : BK7) : 매우 일반적이고 경제적 인 선택. 그것은 가시에서 근적외선 스펙트럼 (약 350nm ~ 2000nm)으로 탁월한 전송을 제공합니다. 그것은 좋은 화학적 안정성과 낮은 열 팽창 계수로 유명하여 열 충격에 저항합니다.
• 융합 실리카 : 고순도, 합성 비정질 실용 이산화물. 그것은 깊은 자외선 (DUV)에서 근적외선 (약 180nm ~ 2500nm)으로 매우 광범위한 전송을 특징으로합니다. 그것은 매우 낮습니다 열 팽창 계수 , 온도 변동이 큰 응용 분야와 우수한 레이저 손상 임계 값에 이상적입니다.
• 사파이어: 유리가 아니라 단일 크리스탈이지만 종종 극단적 인 창문 응용 분야에서 사용됩니다. 그것은 경도에서 다이아몬드에 이어 두 번째이며, 거의 긁힘 방지합니다. UV에서 중간 충격 (약 150nm ~ 5000nm)으로 전달되며 뛰어난 열전도율 및 화학 저항을 갖습니다.

2. 표면 품질 및 스크래치 다이그
이 사양은 창 표면의 허용 결함을 정량화합니다. 2 수 코드 (예 : 60-40)로 정의됩니다. 첫 번째 숫자 (스크래치)는 제어 된 조명 하의 표준 긁힘 세트와 비교하여 미세한 흠집의 너비를 나타냅니다. 두 번째 숫자 (DIG)는 작은 구덩이 또는 마이크론의 직경을 나타냅니다. 낮은 숫자는 더 부드럽고 고품질 표면을 나타냅니다. 10-5 사양은 매우 높은 품질로 간주되는 반면 80-50은 덜 중요한 응용 분야에서 더 표준입니다.

3. 표면 평탄도
파면 왜곡이 절대적으로 최소화되어야하는 응용 분야의 경우 (간섭계 또는 고출력 레이저 시스템과 같이) 창의 평탄도가 가장 중요합니다. 평탄도는 일반적으로 632.8nm (헬륨-노 레이저의 파장)에서 파장 (λ)의 분획에서 측정됩니다. λ/10 평탄도는 매우 정확합니다. 이는 표면이 63 나노 미터 미만으로 완벽한 평평성에서 벗어납니다.

4. 병렬성
표준 창의 경우 두 표면이 접지되어 최대한 평행하게 연마됩니다. 병렬 처리가 부족하면 빔이 원래 경로에서 벗어날 수 있습니다. 이것은 아크 미터 또는 아크 초의 최대 허용 각도 편차 또는 투명 조리개를 가로 지르는 물리적 두께 변화에 의해 지정됩니다.

5. 레이저 손상 임계 값
고출력 레이저 시스템에 사용되는 창의 경우 재료는 손상되지 않고 강한 전자기 에너지를 견딜 수 있어야합니다. 융합 실리카와 사파이어는 일반적으로 제곱 센티미터 (J/CM²) 당 줄로 측정되는 매우 높은 손상 임계 값을 가지고 있습니다.

광학 창출 방법 : 프로세스를 엿볼 수 있습니다.

정밀 창의 제조에는 세심한 과정이 포함됩니다. 그것은 거친 블랭크로 절단되는 원시 기판 재료의 선택으로 시작합니다. 이 블랭크는 그라인딩이라는 프로세스를 통해 형성되며, 이는 근거리 치수와 두께로 가져옵니다. 가장 중요한 단계는 점진적으로 더 미세한 연마제를 사용하여 원하는 표면 품질, 평평성 및 평행을 달성하는 연마입니다. 마지막으로, 가장자리는 종종 치핑을 방지하고 안전한 취급을 보장하기 위해 경사됩니다.

오른쪽 창 선택에 대한 실용적인 가이드

올바른 광학 창을 선택하는 것은 예산과 성능 요구 사항의 균형을 맞추는 연습입니다. 다음은 논리적 선택 과정입니다.

1. 파장 정의 : 응용 프로그램의 1 차 파장은 무엇입니까? (예 : UV, Visible 또는 Ir Light?) 이것은 즉시 좁아집니다. 기판 재료 선택.
2. 환경 평가 : 창문이 마모, 극한 온도, 화학 물질 튀는 또는 고압을 향합니까? 가혹한 환경, 경도 및 낮음 열 팽창 계수 사파이어 나 융합 실리카와 같은 재료를 가리키면서 비판적이됩니다.
3. 성능 요구 결정 : 시스템에 완벽한 파면 충실도가 필요합니까? 그렇다면 높은 것이 필요합니다 표면 평탄도 (예 : λ/10 이상). 센서에 대한 간단한 보호 덮개의 경우 표준 표면 품질 60-40과 마찬가지로 충분할 수 있습니다.
4. 전력 수준 고려 : 고출력 레이저 애플리케이션의 경우 확인해야합니다 레이저 손상 임계 값 재료의 및 표면이 깨끗하고 에너지를 흡수 할 수있는 결함이 없도록합니다.
5. 예산 설정 : 자료 및 사양 선택을 프로젝트의 제약 조건에 맞추십시오. 60-40 품질의 표준 BK7 Windows는 매우 저렴하지만 λ/10 광택 사파이어 창은 상당한 투자를 나타냅니다.

이러한 요소를 체계적으로 작업함으로써 불필요한 정밀도를 지불하지 않고 신뢰할 수 있고 오래 지속되는 성능을 제공하는 유리 광학 창을 지정할 수 있습니다. 이 기본 구성 요소는 개념이 간단하지만 현대 광학 기술의 초석으로 깊은 공간 탐사에서 일상 바코드 스캐너에 이르기까지 모든 것을 가능하게합니다.