{"id":12103,"date":"2022-03-09T08:12:49","date_gmt":"2022-03-09T08:12:49","guid":{"rendered":"https:\/\/sinoptix.eu\/silicon-optics-a-complete-guide\/"},"modified":"2024-09-23T03:56:10","modified_gmt":"2024-09-23T03:56:10","slug":"optiques-en-silicium-guide-achat","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/sinoptix.eu\/fr\/optiques-en-silicium-guide-achat\/","title":{"rendered":"Optiques en silicium : guide d’achat"},"content":{"rendered":"

Optiques en silicium : guide d’achat<\/h1>\n

Le silicium est un \u00e9l\u00e9ment tr\u00e8s connu car associ\u00e9 au hub international de la high-tech : la silicon valley en Californie (silicium = silicon en anglais). Cette d\u00e9nomination provient de l’utilisation massive du silicium dans les semi-conducteurs, utilisation due \u00e0 ses int\u00e9ressantes caract\u00e9ristiques di\u00e9lectriques. Cependant dans ce guide, nous allons nous tourner plus particuli\u00e8rement vers les caract\u00e9ristiques optiques du silicium et son utilisation en tant que substrat pour les composants optiques.<\/p>\n

\"silicon

Fen\u00eatre optique en silicium<\/p><\/div>\n

Pourquoi le silicium est utilis\u00e9 en optique ?<\/h2>\n

Le silicium, \u00e9l\u00e9ment au num\u00e9ro atomique 14 et largement disponible, il repr\u00e9sente m\u00eame pratiquement 30% de la croute terrestre. Cette mati\u00e8re a de tr\u00e8s bonne capacit\u00e9s de transmission dans l’infrarouge moyen. L’infrarouge moyen \u00e9tant tr\u00e8s utilis\u00e9 pour l’imagerie, le biom\u00e9dical et les applications militaires.<\/p>\n

En outre, le silicium est une mati\u00e8re relativement dure qui r\u00e9siste donc bien aux contraintes externes et qui n’est pas tr\u00e8s sensible aux \u00e9volutions de temp\u00e9rature.<\/p>\n

Finalement, le fait que le Si est virtuellement non-transparent aux longueurs d’ondes du visible est un avantage pour filtrer les signaux non essentiels pour des \u00e9quipements travaillant sur le moyen infrarouge uniquement.<\/p>\n

Quelles sont les propri\u00e9t\u00e9s du silicium ?<\/h2>\n

Tableau de propri\u00e9t\u00e9s<\/h3>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Nom de la sp\u00e9cification<\/th>\nValeur<\/th>\n<\/tr>\n
Nom de la mati\u00e8re<\/strong><\/td>\nSilicium<\/td>\n<\/tr>\n
Formule chimique<\/strong><\/td>\nSi<\/td>\n<\/tr>\n
Indice de r\u00e9fraction<\/strong><\/td>\n2,50<\/td>\n<\/tr>\n
Champs de transmission<\/strong><\/td>\n1,2\u00b5m \u00e0 7\u00b5m<\/td>\n<\/tr>\n
Densit\u00e9<\/strong><\/td>\n2,33 g\/cm3<\/td>\n<\/tr>\n
Duret\u00e9<\/strong><\/td>\n1100 Knoop (MOHS 6,5)<\/td>\n<\/tr>\n
Module de Young<\/strong><\/td>\n130,9 GPa<\/td>\n<\/tr>\n
Expansion thermique<\/strong><\/td>\n2,6*10-6 \u00b0K-1<\/td>\n<\/tr>\n
Conductivit\u00e9 thermique<\/strong><\/td>\n163 W\/(m*\u00b0K)<\/td>\n<\/tr>\n
Point de fusion<\/strong><\/td>\n1690 \u00b0K<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Courbe de transmission<\/h3>\n

Ci-dessous, la courbe de transmission d’une fen\u00eatre en silicium, la transmission peu grandement \u00eatre am\u00e9lior\u00e9e entre 3 et 5\u00b5m en rajoutant un traitement anti-reflet.<\/p>\n

\"non

Non coated Si window transmission curve<\/p><\/div>\n

\"Si

Si + AR sur champs 8-14\u00b5m<\/p><\/div>\n

Quels sont les types de composants optiques qui peuvent \u00eatre r\u00e9alis\u00e9s en silicium ?<\/h2>\n

Les optiques en silicium sont des composants optiques tels que des lentilles, des fen\u00eatres et des d\u00f4mes qui sont utilis\u00e9s dans le domaine du moyen infrarouge. Le silicium est \u00e9galement un substrat commun pour les composants de micro-optique qui sont habituellement int\u00e9gr\u00e9s dans des assemblages opto\u00e9lectroniques et les wafers<\/a>.<\/p>\n

Les caract\u00e9ristiques optiques des fen\u00eatres en silicium peuvent \u00eatre am\u00e9lior\u00e9es par le d\u00e9p\u00f4t d’un traitement antireflet. Leurs caract\u00e9ristiques m\u00e9caniques peuvent elles \u00eatre renforc\u00e9es par le rajout d’un traitement DLC.<\/p>\n

Sp\u00e9cifications g\u00e9n\u00e9rales pour la fabrication de lentilles et fen\u00eatres<\/h2>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Propri\u00e9t\u00e9s<\/th>\nValeurs<\/th>\n<\/tr>\n
Dimensions g\u00e9n\u00e9rales<\/strong><\/td>\nDiam 3 \u00e0 D400mm<\/td>\n<\/tr>\n
Tol\u00e9rances dimensionnelles<\/strong><\/td>\n+\/-0,01mm<\/td>\n<\/tr>\n
Epaisseur<\/strong><\/td>\n1-50mm<\/td>\n<\/tr>\n
Qualit\u00e9 de surface<\/strong><\/td>\nS&D : 60\/40 qualit\u00e9 normale; 40\/20 qualit\u00e9 premium<\/td>\n<\/tr>\n
Plan\u00e9it\u00e9<\/strong><\/td>\n1\/2 lambda<\/td>\n<\/tr>\n
Parall\u00e9lisme<\/strong><\/td>\nmieux que 10\u2033<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Les valeurs sont donn\u00e9es \u00e0 titre indicatif pour des optiques g\u00e9n\u00e9riques, de meilleures valeurs peuvent \u00eatre propos\u00e9es au cas par cas.<\/p>\n

Optiques IR : comment choisir entre silicium et germanium?<\/h2>\n

Pour les composants d’optique infrarouge<\/a>, le germanium<\/a> et le silicium sont les deux mati\u00e8res les plus populaires pour les substrats, ci-dessous les \u00e9l\u00e9ments pour pouvoir les diff\u00e9rencier et effectuer le bon choix.<\/p>\n

Premi\u00e8rement, en terme de co\u00fbt de la mati\u00e8re, le germanium est beaucoup plus cher que le silicium, cependant cet \u00e9cart de co\u00fbt se r\u00e9duit de mani\u00e8re significative si l’on consid\u00e8re les grade de puret\u00e9 optique de ces deux mati\u00e8res.\u00a0 La diff\u00e9rence de prix des mati\u00e8re peut \u00eatre \u00e9galement compens\u00e9e par le fait que le silicone est une mati\u00e8re plus dure et donc plus difficile \u00e0 travailler. Plus le composant sera complexe (lentille, asph\u00e8re<\/a>) plus il y aura de chance que le composant Si sera plus co\u00fbteux que sont \u00e9quivalent en Ge.<\/p>\n

Secondement, leurs spectres d’utilisation optimum sont diff\u00e9rents (et compl\u00e9mentaires), alors que le silicium a une bonne transmission entre 3 et 5\u00b5m, le germanium est lui tr\u00e8s passant entre 8et 12\u00b5m.<\/p>\n

Troisi\u00e8mement, les optiques en silicium sont plus r\u00e9sistant aux hautes temp\u00e9ratures que celles en germanium, utiliser du germanium \u00e0 des temp\u00e9rature de plus de 100\u00b0 en d\u00e9grade ses sp\u00e9cifications optiques.<\/p>\n

Quatri\u00e8mement, le germanium a un index de r\u00e9fraction plus important (4,05) que le silicium ( 2,5), cela est int\u00e9ressant pour le design de lentilles avec de plus larges champs de vision.<\/p>\n

Finalement, du fait de son spectre de transmission plus large, le germanium est pr\u00e9f\u00e9r\u00e9 pour les applications avec des lasers CO2.<\/p>\n

Comment trouver un bon fournisseur pour des optiques en silicium?<\/h2>\n

Les composants optiques en silicium sont fabriqu\u00e9s par des fabricants d’optique de pr\u00e9cision sp\u00e9cialis\u00e9s dans les composants IR. Du fait de la valeur \u00e9lev\u00e9 de la mati\u00e8re, la sp\u00e9cialisation permet \u00e0 ces soci\u00e9t\u00e9s d’avoir des outils d\u00e9di\u00e9s, mois de pression sur les stocks et des risques plus faibles de rejets pour non-qualit\u00e9.<\/p>\n

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