В проектировании оптических систем окно и механический проход обычно представляют собой две отдельные детали: одно окно отвечает за герметизацию и пропускание света, а рядом открывается фланцевое отверстие для юстировочного луча или установочного штифта. Каждая дополнительная деталь добавляет этап юстировки, и накопленные допуски растут вместе с этим. Когда компоновка оптического тракта это позволяет, плоское окно с отверстием является более прагматичным интегрированным решением — сквозное отверстие обрабатывается непосредственно в оптической подложке, что позволяет основному лучу и вспомогательному каналу использовать один и тот же оптический интерфейс.


Что такое плоское окно с отверстием

Внешне это обычное плоское окно (K9, плавленый кварц, сапфир и т.д.), в котором по чертежу обработано одно или несколько сквозных отверстий. Форма отверстий не ограничивается круглой — квадратные и овальные отверстия также могут быть изготовлены по чертежу, а минимальный диаметр отверстия может составлять порядка 1 мм.

По сравнению с комбинацией «окно + отдельный механический проход», ключевое отличие плоского окна с отверстием заключается в единстве баз: оптическая поверхность и сквозное отверстие обрабатываются за одну установку, а допуск на положение отверстия задается непосредственно относительно оптической поверхности, что исключает этап юстировки при сборке между двумя деталями. Эта разница особенно заметна в системах с компактным оптическим трактом и малым запасом на юстировку.

Настоящая технологическая сложность не в «сверлении отверстия», а в стенке отверстия

Механическое сверление хрупких материалов легко приводит к образованию микротрещин и сколов. Как только скол распространяется в зону прозрачной апертуры, после нанесения покрытия он становится источником рассеяния; микротрещины же становятся очагами разрушения при термоциклировании или вакуумной нагрузке. Поэтому качество поставки плоского окна с отверстием оценивается по целостности стенки отверстия и качеству краев, а не по тому, «просверлено ли отверстие насквозь».

Технологический маршрут Yutai Optics — ультразвуковая обработка или прецизионное шлифование с последующей вторичной формовкой и полировкой, обеспечивающие отсутствие сколов и микротрещин на краях отверстия. Стандартная поставка: допуск на диаметр отверстия ±0,1 мм, качество поверхности 60-40.

Еще один легко упускаемый параметр — конусность стенки отверстия. Стенка отверстия плоского окна с отверстием обычно не является строго вертикальной — диаметр со стороны входа немного больше, чем со стороны выхода, образуя канал с небольшим углом конусности. Эта конусность сама по себе может быть проектным параметром: когда требуется контролировать направление выхода паразитного света или оставить запас на расходимость луча, направление конусности заслуживает согласования с поставщиком больше, чем диаметр отверстия. В маршруте ультразвуковой обработки на угол стенки отверстия можно влиять путем регулировки давления удара и концентрации травителя — это чище, чем последующая механическая доработка.

Материал подложки определяет границы применения

Водораздел при выборе плоских окон с отверстием лежит в подложке, а не в самом отверстии.

K9: достаточно от видимого до ближнего ИК, разумная стоимость. Но коэффициент теплового расширения относительно велик, что делает его непригодным для вакуумной герметизации или термоциклирования, а также для прямого термического удара.

Плавленый кварц: коэффициент теплового расширения около 5,5×10⁻⁷/°C; выдерживает прямое погружение в воду с 1100°C — то, чего K9 не может. Стабильное пропускание от глубокого УФ до ближнего ИК (185 нм–3500 нм), более 93% в видимом диапазоне; подходит для таких сценариев, как УФ-литография и мощные лазеры, требующих одновременно термической стабильности и спектрального пропускания.

Сапфир: твердость 9 по Моосу, температура плавления 2045°C; ориентирован на герметизацию камер высокого давления или применения, где также необходимо покрыть ИК-диапазон (150 нм–6,0 мкм). Цена — заметно более высокая стоимость обработки отверстий и более длительный срок изготовления — при выборе требуется взвешивать «достаточно» и «избыточно».

Слепые зоны на этапе нанесения покрытия должны быть указаны заранее

Стенка отверстия плоского окна с отверстием является слепой зоной для оснастки при нанесении покрытия; внутренняя стенка отверстия обычно не покрыта просветляющим покрытием. Если система чувствительна к отражениям от стенки отверстия, это необходимо решить на этапе чертежа: либо принять отражение от голой подложки на стенке отверстия, либо оставить запас по диаметру отверстия, чтобы фактическая прозрачная апертура полностью попадала на покрытую поверхность. AR-покрытие Yutai Optics охватывает 200–2500 нм, а пропускание кварцевых плоских окон с отверстием может достигать более 96% — но покрытие на стенке отверстия должно быть четко указано на чертеже, а не подразумеваться как «покрыто, потому что покрывали».

Три вещи, на которые стоит обратить внимание при выборе

Ценность плоского окна с отверстием не в «возможности просверлить отверстие», а в точности положения отверстия, целостности краев и согласованности подложки. Подтвердите три пункта — и решение готово:

1. Соответствует ли допуск на положение отверстия требованиям юстировки оптического тракта;
2. Есть ли риск микротрещин и сколов на стенке отверстия;
3. Совместим ли коэффициент теплового расширения подложки с герметизирующей конструкцией.

Changchun Yutai Optics Co., Ltd. предоставляет услуги индивидуальной обработки плоских окон с отверстием из K9, плавленого кварца и сапфира. Формы и диаметры отверстий рассматриваются по чертежам; стандартный допуск на отверстие ±0,1 мм, качество поверхности 60-40, AR-покрытие охватывает 200–2500 нм. Для технического обсуждения эффективнее сразу принести эскиз компоновки оптического тракта, чем прорабатывать спецификацию пункт за пунктом.

PREV : Десять лет вместе, разделяем славу | Поздравляем Гао Юй с десятилетием работы в компании! NEXT : УФ-пропускающее видимое-поглощающее стекло: принципы и применение фильтров серии ZWB