Přesná optika utvářející budoucnost

Střih: Qu Yingli – ředitel výzkumu a vývoje

Publikováno: 30 června 2023

Přesná optika je v popředí technologického pokroku a hraje klíčovou roli při utváření světa, jak ho známe. Od zobrazovacích zařízení s vysokým rozlišením až po špičkové laserové systémy nám přesná optika umožňuje zkoumat mnoho aplikací.

1. Úvod do přesné optiky

Optika je široce používána v různých aplikacích od civilního, průmyslového a leteckého nasazení. Existuje mnoho typů optiky a pokud jde o specifikace pro tuto optiku, existují dva typy:

první typ optiky se používá hlavně k přenosu světla nebo k odrazu/odražení světla, přičemž kvalita obrazu nebo jiný optický výkon nejsou důležitým kritériem. Tato optika zahrnuje světelné reflektory, nápojové lahve, okna, lustry atd.
druhý typ optiky, kvalita obrazu nebo některé další optické vlastnosti (jako je vlnoplocha, difrakční účinnost atd.) jsou docela důležité a musí být splněny, jako u objektivů fotoaparátů, laserové optiky, projektorů, čelních displejů, difrakční optiky, atd.

Ve srovnání s prvním typem optiky má druhý typ optiky mnohem vyšší požadavky na přesnost rozměrů, tvarů, indexu lomu, drsnosti povrchu atd.

Výroba a charakterizace těchto dvou typů optiky se liší, přičemž druhý typ optiky vyžaduje mnohem složitější postupy a přísnější normy, a to není nic jiného než přesná optika.

2. Výroba přesné optiky

Výroba přesné optiky začíná přípravou materiálu, obráběnými polotovary, tvarováním do optických prvků, povlakováním a nakonec montáží do mechanického držáku. V každém kroku je nutné zajistit kontrolu kvality (QA/QC) s vhodným vybavením a nástroji.

2.1 Přípravy materiálů

Kvalita materiálu musí být pečlivě vybrána pro dosažení dobrých vlastností. Optický konstruktér je zodpovědný za specifikaci maximálních tolerovatelných hodnot pro vady materiálů ve výkresu optického prvku.

Patří sem hranice zrn, velikosti vrypů, bubliny, vnitřní pnutí, vměstky, nečistoty atd. Skla, krystaly, plasty, kov a keramika mohou být použity v přesné optice, a to buď propustným způsobem, nebo reflexním způsobem.

2.2 Surový obrobený polotovar

Po přípravě materiálu bude materiál podléhat řezacím procesům, aby se zmenšila velikost optiky, dokud nebude jen o málo větší než konečná optika, což je forma nazývaná near-net shape nebo surový obrobený polotovar.

2.3 Tvarování do optických prvků

Různé typy materiálů procházejí různými procesy tvarování: surové sklo, obráběné polotovary, procházejí broušením a leštěním pomocí strojů nebo počítačem řízených strojů (CNC); plasty se mohou roztavit do kapaliny a vstřikovat do kovové nebo skleněné formy; kovy mohou být tvarovány na CNC strojích. Po dokončení procesu tvarování se materiál označuje jako substrát.

Kromě výše uvedených technik zaznamenaly v posledních letech nárůst implementace pro tvarování optických materiálů ultra-přesné diamantové obrábění a jednobodové diamantové soustružení (SPDT).

SPDT používá k řezání materiálu do navrženého tvaru tvrdý a ostrý diamantový nástroj zabudovaný ve speciálním CNC stroji. Lze jej použít pro všechny typy materiálů a je možné z něj vyrobit optiku volného tvaru, jako je asférická a nesymetrická optika.

Tyto výrobní procesy jsou v podstatě substráty. Na druhou stranu se rychle rozvíjí typ návykové výroby (AM). AM je pokročilá výrobní metoda a je schopna vyrábět extrémně složité tvary ve výrobě bod po bodu nebo po vrstvách podle počítačově podporovaného souboru návrhu.

AM je zvláště užitečná pro výrobu součástek s kritickými vlastnostmi v mikro- a nanoměřítku, jako jsou difrakční optické prvky, mikročočky, fotonická zařízení atd. Techniky AM v optické výrobě zahrnují selektivní laserové tavení (SLM), tavené depoziční modelování (FDM) , stereolitografie (SLA), multifotonová stereolitografie (MPS), přímé inkoustové psaní, inkoustový tisk atd.

2.4 Povlak

Posledním krokem při výrobě přesné optiky je povlak, kterým je nanášení tenkých vrstev různých materiálů na povrchy substrátů prostřednictvím depozice. V závislosti na zamýšlených aplikacích mají povlaky různé funkce, jako je antireflexní (AR), vysoká odrazivost (HR), vysoká absorpce pro filtry atd., v určité oblasti elektromagnetického spektra.

Kromě toho mohou povlaky sloužit k dalším účelům, jako je ochrana podkladových vrstev povlaku a leštěného substrátu před mechanickým (např. poškrábáním a nárazy) nebo chemickým poškozením atd.

2.5 Po zhotovení

Po výrobě je přesná optika testována, aby bylo zajištěno, že splňuje požadované specifikace před dodáním a integrací do optických systémů. Tyto testy zahrnují optické testování, mechanické testování a environmentální testování.

Optické testování se používá k měření optických vlastností optiky, mechanické testování slouží k měření pevnosti a životnosti optiky a testování prostředí se používá k simulaci podmínek, kterým bude optika při své aplikaci vystavena.

Využitím pokročilých výrobních technik, materiálů, výrobních procesů a metrologie se přesná optika snaží poskytovat výjimečnou čistotu, rozlišení a spolehlivost.

Zatímco výroba přesné optiky je složitý proces od návrhu, výroby a kontroly kvality až po dodání, buďte si jisti, že Wavelength Opto-Electronic využívá špičkové technologie z našich nejmodernějších zařízení k výrobě nejpřesnější optiky pro vaše aplikace.

3. Aplikace přesné optiky

Přesná optika nachází uplatnění v celé řadě průmyslových odvětví a přináší revoluci ve způsobu, jakým vnímáme svět a jak s ním komunikujeme. Pojďme prozkoumat několik klíčových sektorů, kde hraje přesná optika klíčovou roli.

3.1 Lékařství a věda o živé přírodě

V lékařství a vědách o živé přírodě přesná optika usnadňuje životně důležité diagnostické, zobrazovací a chirurgické postupy. Vysoce kvalitní čočky, mikroskopické objektivy a endoskopy umožňují lékařům a výzkumníkům pozorovat složité detaily na mikroskopických úrovních, což pomáhá při detekci onemocnění, chirurgické přesnosti a vědeckých objevech.

3.2 Letecký a kosmický průmysl a bezpečnost

Přesná optika je klíčová v leteckých a bezpečnostních aplikacích, jako je satelitní zobrazování, průzkum, získávání cílů a laserové naváděcí systémy. Optika s minimálními aberacemi a schopnostmi s vysokým rozlišením poskytuje kritická data pro navigaci, sledování a zabezpečení.

3.3 Výrobní a průmyslové procesy

Ve výrobě přispívá přesná optika ke kontrole kvality, automatizaci procesů a systémům měření. Laserové systémy využívají přesnou optiku k zaostřování a směrování světelných paprsků a technologie strojového vidění je využívají k zajištění přesného vyrovnání, kontroly a zpracování materiálu, což umožňuje efektivní výrobní procesy a zlepšenou kvalitu produktu.

3.4 Komunikační a informační technologie

Telekomunikační průmysl používá přesnou optiku pro komunikační systémy z optických vláken, což zajišťuje vysokorychlostní přenos dat na velké vzdálenosti. Optické komponenty, jako jsou čočky, filtry a vlnovody, hrají klíčovou roli ve směrování, zesilování a detekci signálu a napájejí náš propojený svět.

4. závěr

Přesná optika hraje nepostradatelnou roli při řízení inovací a technologického pokroku v různých průmyslových odvětvích. Jeho schopnost poskytovat výjimečnou kvalitu a spolehlivost umožnila průlomy v lékařství, letectví, bezpečnosti, výrobě, průmyslových procesech a komunikacích. Jak bude pokrok pokračovat, přesná optika bude i nadále utvářet budoucnost a umožní nám vidět svět novými a mimořádnými způsoby. Wavelength Opto-Electronic nabízí vysoce kvalitní přesnost navržená optika našimi inženýry a vyrobeny pomocí nejmodernějších zařízení.