Metalizuoti optiniai langai: nepastebimi tikslaus optikos privalumai

Tiksliosios optikos ir optoelektronikos sistemose skirtingi komponentai atlieka konkretų vaidmenį, kartu atlikdami sudėtingas užduotis. Kadangi šie komponentai gaminami skirtingais būdais, jų paviršiaus apdorojimas taip pat skiriasi. Tarp plačiai naudojamų elementų,optiniai langaibūna daug proceso variantų. Iš pažiūros paprastas, bet labai svarbus poaibis yrametalizuotas optinis langas— ne tik optinio kelio „vartininkas“, bet ir tikrasįgalintojassistemos funkcionalumo. Pažvelkime atidžiau.

Kas yra metalizuotas optinis langas ir kodėl jį metalizuoti?

1) Apibrėžimas

Paprastai tariant,metalizuotas optinis langasyra optinis komponentas, kurio substratas – paprastai stiklas, lydytas silicio dioksidas, safyras ir kt. – turi ploną (arba daugiasluoksnį) metalo (pvz., Cr, Au, Ag, Al, Ni) sluoksnį, nusodintą ant jo kraštų arba ant tam tikrų paviršiaus sričių naudojant didelio tikslumo vakuuminius procesus, tokius kaip garinimas arba dulkinimas.

Remiantis plačia filtravimo taksonomija, metalizuoti langai yranetradiciniai „optiniai filtrai“. Klasikiniai filtrai (pvz., juostiniai, tolimojo pralaidumo) yra skirti selektyviai praleisti arba atspindėti tam tikras spektro juostas, keičiant šviesos spektrą.optinis langas, priešingai, pirmiausia yra apsauginis. Jis turi išlaikytididelis pralaidumasplačia juosta (pvz., VIS, IR arba UV), tuo pačiu užtikrinantaplinkos izoliacija ir sandarinimas.

Tiksliau sakant, metalizuotas langas yraspecializuotas poklasisoptinio lango. Jo išskirtinumas slypi tame,metalizavimas, kuri suteikia funkcijas, kurių negali atlikti įprastas langas.

2) Kodėl verta metalizuoti? Pagrindiniai tikslai ir privalumai

Nominaliai skaidraus komponento padengimas neskaidriu metalu gali atrodyti nelogiškas, tačiau tai sumanus, tikslingas pasirinkimas. Metalizavimas paprastai leidžia pasiekti vieną ar daugiau iš šių dalykų:

(a) Elektromagnetinių trukdžių (EMI) ekranavimas
Daugelyje elektroninių ir optoelektroninių sistemų jautrūs jutikliai (pvz., CCD/CMOS) ir lazeriai yra pažeidžiami išorinių elektromagnetinių trikdžių ir patys gali skleisti trukdžius. Ištisinis, laidus metalinis sluoksnis ant lango gali veikti kaipFaradėjaus narvas, praleidžiant šviesą, tuo pačiu blokuojant nepageidaujamus RF/EM laukus, taip stabilizuojant įrenginio veikimą.

(b) Elektros jungtis ir įžeminimas
Metalizuotas sluoksnis yra laidus. Prilituojant prie jo laidą arba prijungiant jį prie metalinio korpuso, galima sukurti elektros laidus elementams, sumontuotiems lango vidinėje pusėje (pvz., šildytuvams, temperatūros jutikliams, elektrodams), arba įžeminti langą, kad išsklaidytumėte statinę elektrą ir pagerintumėte ekranavimą.

(c) Hermetiškas sandarinimas
Tai yra esminis naudojimo atvejis. Įrenginiuose, kuriems reikalingas didelis vakuumas arba inertinė atmosfera (pvz., lazeriniai vamzdeliai, fotodaugintuvai, kosmoso jutikliai), langas turi būti sujungtas su metaliniu korpusu naudojantnuolatinis, itin patikimas sandariklisNaudojantlitavimasMetalizuotas lango kraštas yra sujungtas su metaliniu korpusu, kad būtų pasiektas daug geresnis hermetiškumas nei klijuojant ir užtikrinamas ilgalaikis aplinkos stabilumas.

(d) Diafragmos ir kaukės
Metalizavimas nebūtinai turi apimti visą paviršių; jį galima formuoti. Uždėjus specialiai pritaikytą metalinę kaukę (pvz., apskritą arba kvadratinę), tiksliai apibrėžiamas paviršius.skaidri anga, blokuoja pašalinę šviesą ir pagerina signalo ir triukšmo santykį (SNR) bei vaizdo kokybę.

Kur naudojami metalizuoti langai

Dėl šių savybių metalizuoti langai plačiai naudojami visur, kur yra sudėtingos aplinkos sąlygos:

• Gynyba ir aviacija:raketų paieškos įrenginiai, palydovų naudingieji kroviniai, ore esančių IR sistemų veikimas – visur, kur vibracija, ekstremalūs temperatūros svyravimai ir stiprus elektromagnetinis interferencija yra norma. Metalizavimas suteikia apsaugą, sandarumą ir ekranavimą.

• Aukščiausios klasės pramonė ir tyrimai:Didelės galios lazeriai, dalelių detektoriai, vakuuminiai peržiūros langeliai, kriostatai – tai sritys, kurioms reikalingas tvirtas vakuumo vientisumas, atsparumas spinduliuotei ir patikimos elektrinės sąsajos.

• Medicinos ir gyvybės mokslai:instrumentai su integruotais lazeriais (pvz., srauto citometrai), kurie turi užsandarinti lazerio ertmę, leisdami spindulį išeiti.

• Ryšiai ir jutikliai:šviesolaidiniai moduliai ir dujų jutikliai, kuriems naudingas EMI ekranavimas signalo grynumui užtikrinti.

Pagrindinės specifikacijos ir atrankos kriterijai

Specifikuojant arba vertinant metalizuotus optinius langus, atkreipkite dėmesį į:

1. Pagrindo medžiaga– Nustato optines ir fizines charakteristikas:

• BK7/K9 stiklas:ekonomiškas; pritaikytas matomumui.

• Lydytas silicio dioksidas:didelis pralaidumas nuo UV iki NIR; mažas CTE ir puikus stabilumas.

• Safyras:Ypač kietas, atsparus įbrėžimams, atsparus aukštai temperatūrai; platus UV ir vidutinio IR spektro pritaikymas atšiauriomis sąlygomis.

• Si/Ge:pirmiausia IR dažnių diapazonui.

2. Skaidri anga (CA)– Regionas, kuris garantuotai atitinka optinius reikalavimus. Metalizuotos sritys paprastai yra už CA ribų (ir yra už ją didesnės).

3. Metalizacijos tipas ir storis–

• Crdažnai naudojamas šviesą blokuojančioms angoms ir kaip klijavimo / litavimo pagrindas.

• Auužtikrina didelį laidumą ir atsparumą oksidacijai litavimui / kietajam litavimui.
  Tipinis storis: nuo dešimčių iki šimtų nanometrų, pritaikytas funkcijai.

4. Užkrato pernešimas– Procentinis pralaidumas tikslinėje juostoje (λ₁–λ₂). Didelio našumo langai gali viršyti99%projektinėje juostoje (su atitinkamomis AR dangomis ant skaidrios angos).

5. Hermetiškumas– Svarbu lituotiems langams; dažniausiai tikrinama atliekant helio nuotėkio bandymus, taikant griežtus nuotėkio rodiklius, pvz.< 1 × 10⁻⁸ cm³/s(priklausomai nuo Jo).

6. Litavimo suderinamumas– Metalinis sluoksnis turi gerai sudrėkinti ir sukimba su pasirinktais užpildais (pvz., AuSn, AgCu eutektu), taip pat atlaikyti terminius ciklus ir mechaninį įtempį.

7. Paviršiaus kokybė– Kasinėti (pvz.,60–40arba geresnis); mažesni skaičiai rodo mažiau / lengvesnių defektų.

8. Paviršiaus figūra– Plokštumo nuokrypis, paprastai nurodomas bangomis tam tikru bangos ilgiu (pvz.,λ/4, λ/10 @ 632,8 nm); mažesnės vertės reiškia geresnį lygumą.

Esmė

Metalizuoti optiniai langai yra sandūrojeoptinis našumasirmechaninis / elektrinis funkcionalumasJie neapsiriboja vien perdavimu, jie tarnauja kaipapsauginiai barjerai, elektromagnetinių trukdžių ekranai, hermetiškos sąsajos ir elektriniai tilteliaiNorint pasirinkti tinkamą sprendimą, reikia atlikti sistemos lygmens prekybos tyrimą: ar jums reikalingas laidumas? Lituoto metalo hermetiškumas? Kokia yra darbinė juosta? Kokios yra aplinkos apkrovos? Atsakymai lemia pagrindo, metalizacijos sluoksnio ir apdorojimo būdo pasirinkimą.

Būtent šis derinysmikromasto tikslumas(dešimtys nanometrų sukonstruotų metalinių plėvelių) irmakrolygio patikimumas(atsparūs slėgio skirtumams ir dideliems šiluminiams svyravimams), todėl metalizuoti optiniai langai yra nepakeičiami„Super langas“– susiejant subtilią optinę sritį su atšiauriausiomis realaus pasaulio sąlygomis.