Optische Fenster: ein Leitfaden

Vor der Entdeckung des Glases und sogar bis zur Entwicklung seiner Massenproduktion mit der Erfindung des Floatglases waren Fenster fast nicht existent. Dies hat sich in den letzten drei Jahrhunderten stark geändert, und heute sind Fenster überall zu finden, von unseren Häusern bis hin zu unseren Autos und Mobiltelefonen. Im Folgenden werden wir uns genauer auf Fenster konzentrieren, die in der Photonik verwendet werden: die optischen Fenster.

Was ist ein Optisches Fenster?

Ein optisches Fenster ist ein optisches Bauteil, welches in einem bestimmten Wellenlängenbereich transparent ist. Optische Fenster werden in der Regel zum Schutz von Geräten verwendet, bei denen gleichzeitig die Auswirkungen auf elektromagnetische Signale minimal bleiben soll.

Kurz gesagt werden sie verwendet, um zu verhindern, dass externe Elemente (Wasser, Luft, Partikel usw.) in das Gerät eindringen, während die optischen Parameter eines Systems erhalten bleiben.

Typen von Optischen Fenstern und Ihre Anwendungen

Optische Fenster können viele verschiedene Formen haben: rund, rechteckig, oval oder frei geformt. Es ist zu beachten, dass runde Optiken aufgrund ihrer Rotationssymmetrie in der Regel einfacher herzustellen sind und hohe optische Spezifikationen erreichen.

In der Regel ist die Breite der Fenster größer als ihre Dicke, aber sehr dicke Fenster werden für Anwendungen mit hohem Druck verwendet.

Abgesehen von ihrer Form können optische Fenster durch ihr Material und ihr Anwendungsspektrum (UV, sichtbar, IR) charakterisiert werden.

Optische Fenster können auch als Substrat für die Weiterverarbeitung verwendet werden. Optische Beschichtungen können sie zu Filtern oder Spiegeln machen und metallische Beschichtungen können elektromagnetische Abschirmeigenschaften bieten. Schließlich können Markierungen auf der Oberfläche angebracht werden, um optische Masken herzustellen.

Technische Einzelheiten

Welche Optischen Materialien werden verwendet?

Alle optischen Materialien können für die Herstellung von Optiken verwendet werden, nachfolgend finden Sie die gängigsten:

• B270
• N-BK7(SCHOTT) / H-K9L(CDGM)
• Borosilikatglas
• IR Materialien (Ge, Si, ZnSe, BaF2, CaF2…)
• Saphir
• Zerodur
• Kalk-Natron-Glas / Floatglas
• Plastikoptiken: PMMA / PC

Mit der Härte des Materials steigen üblicherweise die Herstellungszeit und die Kosten.

Typische Charakteristika von Optischen Fenstern

Die nachstehende Tabelle zeigt typische Spezifikationen, die bei der Herstellung optischer Fenster erreicht werden können:

EIGENSCHAFT	STANDARD	SPEZIELL
Größe	D bis 500mm	D 0,5 – 1,5m
Durchlässigkeit	Sichtbarer Bereich	UV, IR
Scratch/Dig	20/10	10/5
Oberflächenunregelmäßigkeit	λ/10	λ/20, λ/100 kann mit IBF (Ion Beam Figuring) erreicht werden
Oberflächenqualität	5 bis 15 Å RMS	bis 1 Å RMS (super polishing)
Größenabweichung	+/- 0,1mm	+/- 0,05mm
Abweichung der Dicke	+/- 0,05mm	+/- 0,01mm
Parallellität	≤ 10 arcsec	≤ 1 arcsec
Clear Apperture	85-90%	95%
Schadensschwellwert	5J/cm2	20J/cm2
Beschichtung	AR	Kundenspezifische Filter, Spiegel, Masken, ITO-Beschichtungen

Herstellung von Optischen Fenstern

Die wichtigsten Qualitätskriterien für ein optisches Fenster sind das Material und die Polierqualität. Nachfolgend sind die Fertigungsschritte eines optischen Fensters aufgeführt:

1. Schneiden des Rohmaterials

2. Läppen/Schleifen und Polieren. Es gibt hauptsächlich zwei Verfahren für die Durchführung des Läppens und Polierens:

• Die Pechpolitur. Das genutzte Gerät besteht aus einem Träger aus Metall oder Granit und beweglichen Polierscheiben.
• Doppelseitige Läpp- und Poliermaschine. Sie besteht aus einer oberen und einer unteren drehenden Läppplatte und die Teile werden in verzahnten Trägern gehalten, deren Dicke etwas geringer ist als die des Fensters.

Beide Verfahren arbeiten mit Polierpads und Polierschlamm, der Schleifpartikel enthält, die sich im Laufe des Prozesses von grob bis fein entwickeln. Das Polieren ist der längere Bearbeitungsschritt für Fenster, der einige Stunden bis zu einem halben Tag pro Charge dauert.

3. Das Abfasen dient dazu, die scharfen Winkel der Fenster zu brechen und so Personen zu schützen, die damit hantieren müssen, und auch die Gefahr von Kantenbrüchen an den Fenstern zu verringern. Dieses Verfahren kann durch das Abrunden der Fensterkante ersetzt werden.

4. Beim Härten und Vergüten handelt es sich um Wärmebehandlungen, die die Spannungen im Inneren des Rohmaterials nach der Herstellung abbauen und somit das Risiko eines Bruchs des Fensters durch einen mechanischen oder thermischen Schock minimieren.

5. Reinigung der Teile im Ultraschallbad.

6. Beschichtung der Optik.

Wo können Optische Fenster gekauft werden?

Standard Materialien und Abmessungen sind leicht zu finden. Je nach Komplexität Ihrer Spezifikation und des Materials müssen Sie sich jedoch möglicherweise an einen Spezialisten wenden (UV, IR, VISIBLE, SAPPHIRE).

Wenn Sie auf der Suche nach einer Lieferlösung sind oder Unterstützung bei Ihrer Angebotsanfrage benötigen, zögern Sie nicht Sinoptix für Ihr Projekt zu kontaktieren.