click me！

Руководство по выбору оптических материалов подложек

Часть 1:

Ниже приведена диаграмма, показывающая сравнительный диапазон пропускания длин волн различных оптических материалов. Вы можете использовать её в качестве руководства при выборе оптических изделий.



Часть 2:

Ниже приведены краткие описания оптических, химических, механических и других свойств распространённых оптических материалов, включая их преимущества, недостатки и подходящие области применения.


Материал Характеристика Оптическая передача и покрытия Показатель преломления
N-BK7 / K9 Стекло Самый распространённый материал для оптических компонентов, доступен в больших количествах. Отличается низким содержанием пузырьков и включений, а также хорошей механической и химической стойкостью. Часто выбирается, когда не требуется высокая УФ-передача, как у кварцевого стекла UV Fused Silica. NBK7 и его эквивалент K9 также являются отличным материалом для изготовления зеркальных подложек, на которые могут наноситься металлические покрытия (алюминий, серебро, золото). 350нм-2200нм. Высокая передача в видимом и ближнем ИК-диапазоне, особенно подходит для изготовления прецизионной оптики, работающей в видимом диапазоне.
При использовании в качестве зеркальной подложки часто применяются металлические покрытия, такие как улучшенный алюминий (Enhanced Al), защитное серебро (Protective Ag) и золото (Au).		 1,517 (при 587,76нм)
UV Fused Silica / JGS1 Стекло Шире диапазон пропускания по длине волны (особенно в УФ-диапазоне), а также лучшая термическая стабильность и однородность по сравнению с N-BK7. Обладает устойчивостью к УФ-излучению и низким уровнем флуоресценции. UV Fused Silica и его эквивалент JGS1 также являются отличным материалом для изготовления зеркальных подложек, на которые можно наносить различные покрытия, такие как широкополосные диэлектрические покрытия, металлические покрытия и др. 200нм-2200нм. Высокая передача от УФ до ближнего ИК-диапазона. Его умеренный показатель преломления способствует более высокой общей передаче.
При использовании в качестве зеркальной подложки можно применять широкополосные диэлектрические покрытия, металлические покрытия и др.		 1,458 (при 587,76нм)
Стекло Zerodur Непористая стеклокерамика от SCHOTT с практически нулевым тепловым расширением. Материал также демонстрирует высокую однородность коэффициента теплового расширения (CTE) по всему объёму и высокую химическую стойкость, обеспечивая надёжную работу для высокоточной и требовательной оптики, чувствительной к температурным колебаниям (например, крупноапертурные линзы для астрономических телескопов). Хотя состоит из микрокристаллов, распределённых в стекловидной фазе, Zerodur сохраняет высокую обрабатываемость, аналогичную другим стеклянным материалам. 450нм-3000нм. 1,542 (при 587,76нм)
Халькогенидное стекло Отличный стеклянный материал для применения в диапазоне MWIR/LWIR, обладает низким температурным коэффициентом показателя преломления (dn/dT), поэтому может использоваться для разработки компактных и лёгких оптических пассивных атеплоизолированных объективов в тепловизионных камерах. Его производственные затраты ниже, чем у германия, и оно может обрабатываться с высокой эффективностью благодаря более низкой температуре размягчения и меньшей твёрдости по сравнению с другими ИК-прозрачными кристаллами. 3μм-14μм. Обычные конфигурации покрытий — просветляющие покрытия (AR) для диапазонов 3-5 мкм или 8-12 мкм. 2,4944 (при 10000нм)
Фторид бария (BaF2) Популярный оптический фторид для применения в дальнем ИК-диапазоне (8-14мкм), может использоваться в качестве смотрового окна в тепловизорах и инфракрасных спектроскопах для анализа топливного масла. Также является одним из самых быстрых сцинтилляционных материалов. Обладает высокой устойчивостью к воде и сильному излучению. Начинает разлагаться при температурах выше 500℃ во влажной среде, однако в сухой среде предел может достигать 800℃. 200нм-11000нм. Коэффициент пропускания выше 90% в диапазоне от 500нм до 9000нм, а ширина полосы пропускания на ~1000нм шире, чем у CaF2. 1,468 (при 1064нм)
Фторид кальция (CaF2) Популярный оптический фторид для применения в диапазоне от УФ до среднего ИК. Поликристаллический BaF2 гораздо более доступен, тогда как монокристаллическая форма BaF2 редка и дороже. Может использоваться в качестве оптических компонентов в тепловизорах и спектроскопах, а его высокий порог повреждения делает его отличной альтернативой для эксимерных лазеров. В некоторых случаях его низкий показатель преломления даже позволяет отказаться от просветляющего покрытия. Более устойчив к воде, чем BaF2. 180нм-8000нм. Более прозрачен для коротких длин волн, чем BaF2.
В некоторых случаях его низкий показатель преломления даже позволяет отказаться от просветляющего покрытия.		 1.428 (при 1064нм)
Фторид магния (MgF2) Материал с пропусканием от ультрафиолета до инфракрасного диапазона, чаще всего используется для УФ длин волн (как УФ-окна, УФ-линзы, призмы и т.д.) благодаря отличной прозрачности в вакуумном УФ-диапазоне (VUV, 100-200нм). MgF2 также обладает выдающейся механической прочностью, что делает его долговечным в условиях высоких нагрузок. Кроме того, благодаря своей двулучепреломляющей природе, MgF2 может использоваться для изготовления поляризующих оптик, таких как пластинки задержки. 110нм-7500нм. Отличная передача в VUV-диапазоне, коэффициент пропускания все еще превышает 80% при 170нм. ne=1.378
no=1.390
(при 587.6нм)
Германий (Ge) Широко используется в диапазоне средней и дальней ИК (MWIR и LWIR), например, в линзах тепловизоров. Высокий показатель преломления способствует уменьшению аберраций, но также приводит к высокой оптической отражательной способности (более 50% без просветляющего покрытия), поэтому требуются антибликовые покрытия. Его коэффициент dn/dT велик, что вызывает значительный термический дефокус, поэтому требуется атерализация. Передача оптики резко снижается при температурах выше 90℃, однако механическая твердость и химическая стойкость (кроме кислот) Ge отличные. Его большой вес может стать проблемой для конструкций с ограничением по массе. 2000нм-16000нм. Широкая передача в ИК-диапазоне и непрозрачность для видимого света. Часто требуются антибликовые покрытия из-за высокого показателя преломления. 4.004 (при 10600нм)
Селенид цинка (ZnSe) Имеет чрезвычайно широкий диапазон передачи, высокий показатель преломления и низкое поглощение в ИК-спектре, что делает его подходящим для зеркал и фокусирующих линз для мощных CO2 лазеров (на самом деле ZnSe является материалом с наименьшим поглощением на длине волны 10.6нм CO2 лазера). Однако ZnSe мягкий и подвержен царапинам, поэтому его не рекомендуется использовать в суровых условиях. При очистке необходимо использовать перчатки, а оптику следует обрабатывать с особой осторожностью. 600нм-21000нм. Высокий коэффициент передачи в диапазоне 600-16000нм. Часто требуются антибликовые покрытия из-за высокого показателя преломления. 2.403 (при 10600нм)
Сульфид цинка (ZnS) Существует два вида ZnS: ZnS FLIR (Forward Looking Infrared) класса, произведенный методом химического осаждения из пара (CVD), и многоспектральный ZnS (Cleartran), водопрозрачная форма ZnS, получаемая методом горячего изостатического прессования. В сравнении, ZnS FLIR класса имеет большую твердость, устойчив к жестким условиям и обладает отличной передачей в диапазоне 8-12 мкм LWIR, поэтому часто используется для производства ИК-окон и передних линз тепловизоров. Многоспектральный ZnS (Cleartran) имеет меньшую твердость, но высокую передачу в видимом, среднем ИК и дальнем ИК диапазоне, поэтому Cleartran может использоваться в многодиапазонных приложениях (лазерный дальномер). ZnS FLIR класса: 1000нм-13000нм
Многоспектральный ZnS (Cleartran): 370нм-13500нм		 ZnS FLIR класса:
2.192 (при 10000нм)
Многоспектральный ZnS: 2.20084 (при 10000нм)
Сапфир (Al2O3) Отличная передача от УФ до ближнего ИК. Сапфир может быть обработан в различные виды оптики, включая ИК-окна, линзы и шаровые линзы. Непревзойденная твердость среди оптических материалов позволяет изготавливать более тонкие подложки. Высокая химическая инертность к кислотам, щелочам и воде, а также температурная устойчивость до 1000℃ делают сапфир подходящим для экстремальных условий. 170нм-5500нм. Коэффициент передачи выше 80% в диапазоне от 220нм до 4.5мкм. no=1.75449
ne=1.74663 (при 10600нм)
Кремний (Si) Отличная передача в ближнем и среднем ИК-диапазонах. Обладает высокой химической инертностью и выдающейся механической прочностью. Часто используется для производства ИК-окон, подложек ИК-линз и подложек для оптических фильтров. Высокая теплопроводность и легкость также являются преимуществами при использовании в лазерных зеркалах для конструкций с ограничением по весу. 1200нм-7000нм. 3.423 (при 4580нм)
Альфа-ВОВ (α-BBO) Alpha BBO — отрицательный одноосный двулучепреломляющий кристалл, являющийся высокотемпературной фазой бората бария. Механические, химические, тепловые и оптические свойства α-BBO и β-BBO схожи, включая высокий порог повреждения, широкий температурный диапазон, высокую оптическую однородность и т.д., за исключением того, что у α-BBO нет нелинейного эффекта второго порядка, поскольку он симметричен относительно центра и не может использоваться как нелинейная оптическая среда. Однако α-BBO демонстрирует сильное двулучепреломление в широком диапазоне длин волн 190-3500нм, что делает α-BBO привлекательным материалом для применения в УФ-области и различных кристаллических поляризационных оптиках, таких как поляризаторы Glan, Wollaston, Rochon и т.д. В частности, α-BBO отлично подходит для изготовления УФ-поляризаторов благодаря высокой передаче УФ и способности выдерживать высокую мощность. 190нм-3500нм. ne=1.533, no=1.673 (при 587.6нм)
Кальцит (CaCO3) Кальцит, также называемый исландским шпатом, является природным оптическим кристаллом с сильным двулучепреломлением. Из-за интенсивного двулучепреломления объекты, рассматриваемые через кальцит, кажутся удвоенными. Это явление впервые было обнаружено датским ученым Расмусом Бартолином в 1669 году. Благодаря диапазону пропускания от 300 до 2300нм, кальцит является отличным выбором для производства двулучепреломляющих поляризаторов в видимой и ближней ИК области. Также может использоваться как разделитель/комбайнер поляризации или как поляризующий элемент для удаления наклонной компоненты луча ортогональной поляризации. 300нм-2300нм. ne=1.480, no=1.642 (при 1064нм)
Ортованадат иттрия (YVO4) Ортованадат иттрия (YVO4) — положительный одноосный кристалл, выращенный методом Чохральского. Обладает сильным двулучепреломлением и широким диапазоном длин волн (488-3400нм), охватывающим ИК-область, что делает YVO4 отличным материалом для производства ИК-поляризаторов. Кроме того, YVO4 отличается хорошей температурной стабильностью, а также отличными физическими и механическими свойствами. YVO4 является отличной синтетической альтернативой кристаллам кальцита (CaCO3) и рутилу (TiO2) в различных применениях, включая волоконно-оптические изоляторы и циркуляторы, интерлифы, смещающие лучи и другие поляризующие оптики. 488нм-3400нм. ne=1.959, no=2.166 (при 1064нм)
Стекло F2 F2 — это код стекла флинта SCHOTT, обладающего высоким показателем преломления и низким числом Аббе (т.е. высокой хроматической дисперсией). Благодаря этим свойствам F2 является отличным выбором для производства равностороннего дисперсионного стекла в диапазоне 385-2000нм. Также F2 обладает превосходной химической инертностью. 385нм-2000нм. 1.620 (при 587.6нм)

Tags: Руководство по выбору оптических материалов подложек