Металізаваныя аптычныя вокны: невядомыя фактары, якія спрыяюць дакладнай оптыцы

У дакладнай оптыцы і оптаэлектронных сістэмах розныя кампаненты выконваюць пэўную ролю, працуючы разам для выканання складаных задач. Паколькі гэтыя кампаненты вырабляюцца рознымі спосабамі, іх паверхневая апрацоўка таксама адрозніваецца. Сярод шырока выкарыстоўваных элементаў,аптычныя вокныбываюць розных варыянтаў працэсу. Здавалася б, простым, але важным падмноствам з'яўляеццаметалізаванае аптычнае акно—не толькі «вартаўнік» аптычнага шляху, але і сапраўдныфактар, які спрыяефункцыянальнасці сістэмы. Давайце разгледзім падрабязней.

Што такое металізаванае аптычнае акно і навошта яго металізаваць?

1) Вызначэнне

Проста кажучы, аметалізаванае аптычнае акно— гэта аптычны кампанент, падкладка якога — звычайна шкло, плаўлены крэмній, сапфір і г.д. — мае тонкі пласт (або шматслаёвы) металу (напрыклад, Cr, Au, Ag, Al, Ni), нанесены на яе краю або на пэўныя ўчасткі паверхні з дапамогай высокадакладных вакуумных працэсаў, такіх як выпарэнне або распыленне.

З шырокай таксанаміі фільтрацыі металізаваныя вокнынетрадыцыйныя «аптычныя фільтры». Класічныя фільтры (напрыклад, паласавыя, доўгапрапускальныя) прызначаны для выбарачнага прапускання або адлюстравання пэўных спектральных дыяпазонаў, змяняючы спектр святла.аптычнае акно, наадварот, у першую чаргу ахоўная. Яна павінна падтрымлівацьвысокая прапускная здольнасцьу шырокім дыяпазоне (напрыклад, бачным, інфрачырвоным або ультрафіялетавым), забяспечваючы пры гэтымізаляцыя і герметызацыя навакольнага асяроддзя.

Дакладней, металізаванае акно — гэтаспецыялізаваны падкласаптычнага акна. Яго адметнасць заключаецца ўметалізацыя, які дае функцыі, якія звычайнае акно выканаць не можа.

2) Навошта металізаваць? Асноўныя мэты і перавагі

Пакрыццё намінальна празрыстага кампанента непразрыстым металам можа здацца нелагічным, але гэта разумны і мэтанакіраваны выбар. Металізацыя звычайна дазваляе дасягнуць аднаго або некалькіх з наступных эфектаў:

(a) Экранаванне ад электрамагнітных перашкод (EMI)
У многіх электронных і оптаэлектронных сістэмах адчувальныя датчыкі (напрыклад, CCD/CMOS) і лазеры ўразлівыя да знешніх электрамагнітных перашкод, а таксама могуць самі выпраменьваць перашкоды. Суцэльны праводны металічны пласт на акне можа дзейнічаць якКлетка Фарадэя, прапускаючы святло, блакуючы пры гэтым непажаданыя радыёчастотныя/электрамагнітныя палі, тым самым стабілізуючы прадукцыйнасць прылады.

(b) Электрычнае падключэнне і зазямленне
Металізаваны пласт праводзіць ток. Прыпаяўшы да яго провад або падключыўшы яго да металічнага корпуса, можна стварыць электрычныя шляхі для элементаў, усталяваных на ўнутраным баку акна (напрыклад, награвальнікаў, датчыкаў тэмпературы, электродаў), або зазямліць акно, каб рассейваць статычную электрычнасць і палепшыць экранаванне.

(c) Герметычнае ўшчыльненне
Гэта асноватворны выпадак выкарыстання. У прыладах, якія патрабуюць высокага вакууму або інэртнай атмасферы (напрыклад, лазерныя трубкі, фотаэлектронныя памнажальнікі, аэракасмічныя датчыкі), акно павінна быць злучана з металічным корпусам з дапамогайпастаяннае, ультранадзейнае ўшчыльненнеВыкарыстаннепайкаМеталізаваны край акна злучаны з металічным корпусам для дасягнення значна лепшай герметычнасці, чым пры клеевым злучэнні, і забяспечвае доўгатэрміновую стабільнасць у навакольным асяроддзі.

(d) Дыяфрагмы і маскі
Металізацыя не абавязкова павінна пакрываць усю паверхню; на ёй можна нанесці ўзор. Нанясенне спецыяльнай металічнай маскі (напрыклад, круглай або квадратнай) дакладна вызначаепразрыстая дыяфрагма, блакуе рассеянае святло і паляпшае суадносіны сігнал/шум і якасць выявы.

Дзе выкарыстоўваюцца металізаваныя вокны

Дзякуючы гэтым магчымасцям металізаваныя вокны шырока выкарыстоўваюцца ўсюды, дзе патрабавальныя ўмовы:

• Абарона і аэракасмічная прамысловасць:галоўкамі саманавядзення ракет, спадарожнікавымі нагрузкамі, паветранымі інфрачырвонымі сістэмамі — дзе вібрацыя, экстрэмальныя тэмпературы і моцныя электрамагнітныя перашкоды з'яўляюцца нормай. Металізацыя забяспечвае абарону, герметызацыю і экранаванне.

• Высокакласная прамысловасць і даследаванні:магутныя лазеры, дэтэктары часціц, вакуумныя праглядальныя ілюмінатары, крыястаты — прымяненне, якое патрабуе надзейнай вакуумнай цэласнасці, радыяцыйнай устойлівасці і надзейных электрычных інтэрфейсаў.

• Медыцынскія і біялагічныя навукі:прыборы з інтэграванымі лазерамі (напрыклад, праточныя цытаметры), якія павінны герметызаваць лазерную рэзанатар, адначасова выпускаючы прамень.

• Сувязь і сэнсарныя прылады:валаконна-аптычныя модулі і газавыя датчыкі, якія маюць абарону ад электрамагнітных перашкод для чысціні сігналу.

Асноўныя характарыстыкі і крытэрыі выбару

Пры выбары або ацэнцы металізаваных аптычных вокнаў звярніце ўвагу на:

1. Матэрыял падкладкі– Вызначае аптычныя і фізічныя характарыстыкі:

• Шкло BK7/K9:эканамічны; падыходзіць для бачнага.

• Плаўлены крэмній:высокая прапускальнасць ад УФ да бліжняга інфрачырвонага дыяпазону; нізкі КТР і выдатная стабільнасць.

• Сапфір:надзвычай цвёрды, устойлівы да драпін, здольны вытрымліваць высокія тэмпературы; шырокае прымяненне ў ультрафіялетавым і сярэднім інфрачырвоным дыяпазонах у суровых умовах.

• Si/Ge:у асноўным для ІЧ-дыяпазонаў.

2. Чыстая дыяфрагма (CA)– Зона, якая гарантавана адпавядае аптычным характарыстыкам. Металізаваныя зоны звычайна знаходзяцца па-за межамі (і большыя за) КА.

3. Тып і таўшчыня металізацыі–

• Crчаста выкарыстоўваецца для адтулін, якія блакуюць святло, і ў якасці клеючай/прыпойнай асновы.

• Auзабяспечвае высокую праводнасць і ўстойлівасць да акіслення пры пайцы/прыпайцы.
  Тыповая таўшчыня: ад дзясяткаў да сотняў нанаметраў, адаптаваная да функцыі.

4. Перадача– Працэнтная прапускная здольнасць у мэтавай паласе (λ₁–λ₂). Высокапрадукцыйныя вокны могуць перавышаць99%у межах праектнага дыяпазону (з адпаведнымі пакрыццямі AR на празрыстай апертуры).

5. Герметычнасць– Крытычна важна для паяных вокнаў; звычайна правяраецца з дапамогай выпрабаванняў на герметычнасць гелія, пры строгіх патрабаваннях да ўзроўню герметычнасці, такіх як< 1 × 10⁻⁸ куб.см/с(атм Ён).

6. Сумяшчальнасць з пайкай– Металічны стэк павінен добра змочвацца і злучацца з выбранымі напаўняльнікамі (напрыклад, AuSn, эўтэктыкай AgCu), а таксама вытрымліваць цыклічныя змены тэмпературы і механічныя нагрузкі.

7. Якасць паверхні– Драпай-капай (напрыклад,60-40або лепш); меншыя лічбы паказваюць на меншую колькасць/лягчэйшыя дэфекты.

8. Павярхоўная фігура– Адхіленне плоскасці, звычайна задаецца ў хвалях на зададзенай даўжыні хвалі (напрыклад,λ/4, λ/10 пры 632,8 нм); меншыя значэнні азначаюць лепшую роўнасць.

Вынік

Металізаваныя аптычныя вокны знаходзяцца ў цэнтры злучэнняаптычныя характарыстыкіімеханічная/электрычная функцыянальнасцьЯны выходзяць за рамкі простай перадачы, служачыахоўныя бар'еры, экраны ад электрамагнітных перашкод, герметычныя інтэрфейсы і электрычныя мастыВыбар правільнага рашэння патрабуе комплекснага даследавання: ці патрэбна вам праводнасць? Герметычнасць паяння? Які працоўны дыяпазон? Наколькі сур'ёзныя нагрузкі навакольнага асяроддзя? Адказы ўплываюць на выбар падкладкі, пласта металізацыі і спосабу апрацоўкі.

Менавіта такое спалучэннемікрамаштабная дакладнасць(дзясяткі нанаметраў інжынерных металічных плёнак) імакрамаштабная ўстойлівасць(вытрымліваюць перапады ціску і рэзкія перапады тэмпературы), што робіць металізаваныя аптычныя вокны незаменнымі«Супер акно»— звязваючы далікатную аптычную вобласць з самымі суровымі ўмовамі рэальнага свету.