什么是玻璃光学窗口？属性，用途和选择指南

在光学和光子学的世界中 光学窗口 。不起眼的玻璃光学窗口通常被忽视，是一个主力手，是一个透明的障碍物，可保护敏感的乐器，分离环境并以最小的失真传输光线。了解它们是什么，工作方式以及如何选择合适的人对工程师，设计师和爱好者都至关重要。

本文将超越玻璃光学窗口，超越基本概念，以探索定义其性能的关键属性以及为您的应用程序选择合适的属性。

超越简单玻璃：光学窗口的核心功能

最简单的是，光学窗口是一个平坦的，通常是平行的玻璃，旨在使光通过对光路的影响最小。与镜头不同，其目的不是要聚焦或发光光线。它的主要工作是：

1. 环境保护： 密封灰尘，水分，化学物质或压力差的光学系统。例如，窗户可以保护潜艇相机或科学真空室内的传感器和镜头。
2. 光束访问： 提供一个物理端口以进入或退出系统。这在激光腔和光谱仪器中很常见。
3. 光谱分离： 使用由特定材料制成的窗户进行过滤或仅允许某些波长的光线通过。

因为它们的功能是对系统“看不见的”，所以它们的质量是通过改变通过它们的光的光来判断的。

定义性能的关键属性

并非所有的玻璃都是相等的。表现 光学平坦 由几种关键的材料特性和物理特征决定。

1。基材材料：
使用的玻璃类型，称为 底物材料 ，是最重要的选择。每种材料都有一个独特的 传输范围 - 它允许通过的光谱。

• 硼硅酸盐玻璃（例如BK7）： 一个非常常见和经济的选择。它提供了从可见光到近红外光谱（约350nm至2000nm）的出色传输。它以良好的化学稳定性和低热膨胀系数而闻名，使其对热冲击具有抵抗力。
• 融合二氧化硅： 高纯度，合成的无定形二氧化硅。它具有从深紫外线（DUV）到近红外（约180nm至2500nm）的非常广泛的传播。它具有极低的 热膨胀系数 ，非常适合具有较大温度波动的应用和出色的激光损伤阈值。
• 蓝宝石： 虽然不是玻璃而是单晶，但通常用于极端的窗户应用中。它仅次于硬度钻石，几乎是防刮擦的。它从紫外线传输到中红外（约150nm至5000nm），具有出色的导热率和耐化学性。

2。表面质量和刮擦钉
该规范量化了窗户表面上的允许缺陷。它由两个数字代码（例如60-40）定义。第一个数字（划痕）是指与受控照明下的一组标准划痕相比，微观划痕的宽度。第二个数字（DIG）是指微小的小坑或挖掘的直径。较低的数字表示更平滑，更高质量的表面。 10-5规范被认为是非常高质量的，而80-50对于不太关键的应用程序更为标准。

3。表面平坦
对于必须绝对最小化波前变形的应用（例如在干涉法或高功率激光系统中），窗口的平坦度至关重要。平坦度在波长（λ）的馏分中测量，通常在632.8nm（氦气激光的波长）。 λ/10平坦度极为精确，这意味着表面偏离了完美平坦度少于63纳米。

4。平行性
对于标准窗口，这两个表面被接地并抛光以尽可能平行。缺乏并行性会导致梁偏离其原始路径。这是由Arcminutes或Arcseconds中的最大允许角度偏差或整个透明孔径的物理厚度变化所指出的。

5。激光伤害阈值
对于高功率激光系统中使用的窗口，该材料必须能够承受强烈的电磁能而不会受到损坏。融合的二氧化硅和蓝宝石通常具有很高的损害阈值，以每平方厘米（J/cm²）的焦耳测量。

如何制作光学窗口：瞥见该过程

精密窗户的制造涉及一个细致的过程。它始于选择原始基材材料，该材料被切成粗糙的空白。然后，该空白通过称为研磨的过程将其形成，该过程将其带入近决半尺寸和厚度。最关键的步骤是抛光，使用逐渐细的磨料来达到所需的表面质量，平坦度和并行性。最后，边缘通常被倾斜以防止碎裂并确保安全处理。

选择正确窗口的实用指南

选择正确的光学窗口是平衡性能要求与预算的练习。这是一个逻辑选择过程：

1. 定义波长： 应用程序的主要波长是什么？ （例如，紫外线，可见或红外线？）这将立即缩小您的 底物材料 选择。
2. 评估环境： 窗户会面部磨损，极端温度，化学飞溅或高压吗？对于恶劣的环境，硬度和低点 热膨胀系数 变得至关重要，指向蓝宝石或熔融二氧化硅等材料。
3. 确定性能需求： 您的系统是否需要完美的Wavefront Fidelity？如果是这样，您需要高 表面平坦 （例如，λ/10或更高）。对于传感器上的简单保护盖，标准 表面质量 像60-40一样就足够了。
4. 考虑功率水平： 对于高功率激光应用，您必须验证 激光伤害阈值 材料的含量并确保表面清洁，没有可能吸收能量的缺陷。
5. 设定预算： 将您的材料和规范选择与项目的约束相匹配。具有60-40质量的标准BK7窗口非常实惠，而大的λ/10抛光蓝宝石窗户代表了一项巨大的投资。

通过系统地处理这些因素，您可以指定一个玻璃光学窗口，该窗口可提供可靠的，持久的性能，而无需支付不必要的精度。这个基本组件虽然概念很简单，但它是现代光学技术的基石，从深空探索到日常条形码扫描仪。