Innovationen bei IR-Fenstern: Stärken Sie 2024 mit Infrarot-Fenstern

Autor: Pradyumn – F&E-Praktikant

Editor: Qu Yingli – F&E-Direktor

Editor: Bryan Ng – Marketingmanager

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Optische Fenster sind selektiv transparente Bauteile, die aufgrund ihres Materials bestimmte Lichtwellenlängen durchlassen. Diese Fenster wurden sorgfältig entwickelt, um die optische Klarheit zu bewahren, den Umgebungsbedingungen standzuhalten und jegliche Verzerrung oder Veränderung des durch sie hindurchtretenden Lichts zu minimieren. Sie dienen vor allem dem Schutz empfindlicher optischer Komponenten, der Erleichterung von Messungen und der Beobachtung oder Bildgebung in verschiedenen Anwendungen.

1. Einführung in optische Fenster und Materialien

IR-Windows-Innovationen: Empower 2024 mit Infrarot-Windows 1
Wavelength Opto-Electronic Infrarotfenster

Optische Fenster lassen bestimmte Wellenlängen durch und reflektieren, absorbieren oder blockieren andere. Optische Fenster können aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, wie zum Beispiel Quarzglas, Silizium, Calciumfluorid (CaF2), Germanium (Ge), Kaliumchlorid (KCl), Kaliumbromid (KBr), Saphir (Al2O3), N-BK7 und Zinkselenid (ZnSe).

Jedes dieser Materialien verfügt über ein eigenes Transmissionsprofil, das je nach Anwendung ausgewählt wird. Materialeigenschaften wie Transmission, Brechungsindex und Härte des Fenstersubstrats können entscheidend für die Entscheidung sein, welches Fenster für die Anwendung die beste Wahl ist. Bevor wir uns mit Infrarotfenstern (IR-Fenstern) befassen, werfen wir einen Blick auf andere Arten optischer Fenster, um eine ganze Kategorie besser zu verstehen.

1.1 Eine kurze exemplarische Vorgehensweise für andere Fenster

Für die Übertragung im sichtbaren Spektrum (350 nm – 750 nm) werden üblicherweise N-BK7 und Quarzglas als Substrate für optische Fenster verwendet. Da Quarzglas eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und eine hohe LIDT (laserinduzierte Schadensschwelle) aufweist, eignet es sich ideal für Anwendungen wie Hochleistungslaseroptiken, Bildgebungssysteme im sichtbaren Bereich und Spektroskopie.

ArtikelnummerWellenlänge (nm)WerkstoffDurchmesser (mm)Dicke (mm)Anwendung
WFS-170-31030-1090Quarzglas170.03.0Schutz-
WFS-150-31030-1090Quarzglas150.03.0Schutz-
WFS-140-41030-1090Quarzglas140.04.0Schutz-
WFS-110-31030-1090Quarzglas110.03.0Schutz-
WFS-110-2.51030-1090Quarzglas110.02.5Schutz-
WFS-104-3U343-355Quarzglas104.03.0Schutz-
WFS-104-31030-1090Quarzglas104.03.0Schutz-
WFS-90-3U343-355Quarzglas90.03.0Schutz-
WFS-70-9.51030-1090Quarzglas70.09.5Schutz-
WFS-55-1.51030-1090Quarzglas55.01.5Schutz-
WFS-50-1.51030-1090Quarzglas50.01.5Schutz-
WFS-43-2G515-545Quarzglas43.02.0Schutz-
WFS-37-71030-1090Quarzglas37.07.0Schutz-
WFS-36-21030-1090Quarzglas36.02.0Schutz-
WFS-30-51030-1090Quarzglas30.05.0Schutz-
WFS-28-41030-1090Quarzglas28.04.0Schutz-
WFS-25-31030-1090Quarzglas25.03.0Schutz-
WFS-22-31030-1090Quarzglas22.03.0Schutz-
WFS-20-2-YG515-545 / 1030-1090Quarzglas20.02.0Schutz-
WFS-18-31030-1090Quarzglas18.03.0Schutz-
WFS-16-1.55-YG515-545 / 1030-1090Quarzglas16.01.6Schutz-
WFS-15-21030-1090Quarzglas15.02.0Schutz-
WFS-3.5-1E2940Quarzglas3.51.0Medizinischer Laser Er:YAG
WFS-1.5-51030-1090Quarzglas38.15.0Schutz-
WFS-1-3UG1030-1090/515-545/343-355Quarzglas25.43.0Schutz-
WBK-150-31064N-BK7150.03.0Schutz-
WBK-128-21064N-BK7128.02.0Schutz-
WBK-126-3G532/1064N-BK7126.03.0Schutz-
WBK-123-31064N-BK7123.03.0Schutz-
WBK-120-31064N-BK7120.03.0Schutz-
WBK-118-3G532N-BK7118.03.0Schutz-
WBK-116-31064N-BK7116.03.0Schutz-
WBK-116-21064N-BK7116.02.0Schutz-
WBK-110-2.51064N-BK7110.02.5Schutz-
WBK-108-2.5GR532 / 650N-BK7108.02.5Schutz-
WBK-106-31064N-BK7106.03.0Schutz-
WBK-98-2.51064N-BK798.02.5Schutz-
WBK-97-2.51064N-BK797.02.5Schutz-
WBK-96-31064N-BK796.03.0Schutz-
WBK-86-2.5G532/1064N-BK786.02.5Schutz-
WBK-85-21064N-BK785.02.0Schutz-
WBK-84-2YG532 / 1064N-BK784.02.0Schutz-
WBK-80-2.5532/1064N-BK780.02.5Schutz-
WBK-78-1.51064N-BK778.01.5Schutz-
WBK-76-31064N-BK776.03.0Schutz-
WBK-75-1.6G532/1064N-BK775.01.6Schutz-
WBK-74-2.5G532N-BK774.02.5Schutz-
WBK-72-31064N-BK772.03.0Schutz-
WBK-60-31064N-BK760.03.0Schutz-
WBK-38-31064N-BK738.03.0Schutz-
WBK-30-1.41064N-BK730.01.4Schutz-
WBK-25-1.11064N-BK725.01.1Schutz-
WBK-24-1.4-YG532 / 1064N-BK724.01.4Schutz-
WBK-16-1A755/633N-BK716.01.0Medizinischer Laser Alex
WBK-1.5-4R694/633N-BK738.14.0Medizinischer Laser-Rubin
WBK-1.5-4N1064/532N-BK738.14.0Medizinischer Laser Nd:YAG
WBK-1-3R694/633N-BK725.43.0Medizinischer Laser-Rubin
WBK-1-3N1064/532N-BK725.43.0Medizinischer Laser Nd:YAG
WBK-0.75-2.5R694/633N-BK719.12.5Medizinischer Laser-Rubin
WBK-0.75-2.5N1064/532N-BK719.12.5Medizinischer Laser Nd:YAG
WBK-0.6-2R694/633N-BK715.22.0Medizinischer Laser-Rubin
WBK-0.6-2N1064/532N-BK715.22.0Medizinischer Laser Nd:YAG
WBK-0.5-2R694/633N-BK712.72.0Medizinischer Laser-Rubin
WBK-0.5-2N1064/532N-BK712.72.0Medizinischer Laser Nd:YAG
WBK-0.5-2G532N-BK712.72.0Schutz-

Tabelle 1: Wavelength Opto-Electronic Fenster aus Quarzglas (WFS-Serie) und N-BK7 (WBK-Serie).

N-BK7 hingegen kann aufgrund seiner hervorragenden optischen Transmission im sichtbaren Spektrum (ca. 350 – 2200 nm) für Kameraobjektive, optische Filter und allgemeine Optiken für sichtbares Licht verwendet werden. BK7 ist außerdem relativ hart und weist eine gute Kratzfestigkeit auf. Für temperaturempfindliche Anwendungen wie Präzisionsspiegel wird es jedoch nicht empfohlen.

Quarzglas in UV-Qualität verfügt über zusätzliche Eigenschaften wie eine hohe optische Transmission im UV-Bereich (ca. 175 – 400 nm), geringe Absorption und Fluoreszenz im UV-Bereich. Dadurch eignet es sich für Anwendungen im UV-Spektrum wie UV-Spektroskopie, Excimer-Laseroptik und Halbleiterlithographie.

Calciumfluorid kann auch für UV-Optiken verwendet werden, da es über einen breiten Spektralbereich verfügt und aufgrund seiner nicht doppelbrechenden Eigenschaften für Anwendungen im tiefen UV- bis Infrarotbereich eingesetzt werden kann. Aufgrund seines niedrigen Brechungsindex kann es auch ohne AR-Beschichtung (Antireflexion) verwendet werden. Es hat eine Transmission von über 90 % zwischen 0.25 und 7 µm und wird aufgrund seiner geringen Absorption und hohen Zerstörschwelle häufig für Excimer-Laseroptiken verwendet. CaF2 hat einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wodurch es für Anwendungen mit einer Umgebung mit hohen Betriebstemperaturen ungeeignet ist.

Durchmessertoleranz: + 0 / -0.25 mm
Dickentoleranz: ± 0.25mm
Parallelität: ≤ 10 Bogensekunden oder 30 ± 5 Bogensekunden
Klare Blende: ≥ 85% des zentralen Durchmessers
Oberflächenqualität: 10–5 Kratzen & Graben
AR-Beschichtung: R≤0.25% pro Oberfläche @ 1064nm (Einzelwellenlänge) | R≤0.3% @ 1064nm (Dual-Wellenlänge)
Schadensschwelle: 10 J / cm2, 10ns, 20Hz @ 1064nm (Einzelwellenlänge) | 3.5J/cm2, 10 ns, 20 Hz @ 532 nm (Dual-Wellenlänge) | 7J/cm2, 10 ns, 20 Hz @ 1064 nm (Dual-Wellenlänge)

Spezifikationen 1: Wavelength Opto-Electronic Optische Glasfenster

2. IR-Fenster

IR-Windows-Diagramm
Abbildung 1: IR-Fensterdiagramm

Für Anwendungen innerhalb der IR-SpektrumZum Einsatz kommen Materialien wie Zinkselenid, Saphir, Silizium und Germanium. Ein optimales IR-Fenster sollte die gesamte Infrarotstrahlung verlustfrei passieren lassen. Solche Fenster werden typischerweise zum Trennen von Umgebungen mit unterschiedlichen Drücken oder Temperaturen verwendet und ermöglichen gleichzeitig den Durchgang von Lichtenergie mit einer bestimmten elektromagnetischen Wellenlänge zwischen den beiden Umgebungen.

ArtikelnummerWellenlänge (nm)WerkstoffDurchmesser (mm)Dicke (mm)Anwendung
WSP-1-31064/750Sapphire25.43.0Medizinischer Laser
WSP-15.7-1.11064/750Sapphire15.71.1Medizinischer Laser
WZ-0.5-210600/9400ZnSe12.72.0Schutz-
WZ-0.75-310600/9400ZnSe19.13.0Schutz-
WZ-1-310600/9400ZnSe25.43.0Schutz-
WZ-1.1-310600/9400ZnSe27.93.0Schutz-
WZ-1.5-310600/9400ZnSe38.13.0Schutz-
WZ-2-510600/9400ZnSe50.85.0Schutz-
WZ-15x18-110600/9400ZnSe15.0 x 18.01.0Schutz-
WZ-18-210600/9400ZnSe18.02.0Schutz-
WZ-31.75x31.75-410600/9400ZnSe31.7 x 31.74.0Schutz-
WZ-50-310600/9400ZnSe50.03.0Schutz-
WZ-50x80-310600/9400ZnSe50.0 x 80.03.0Schutz-
WZ-55-310600/9400ZnSe55.03.0Schutz-
WZ-60-310600/9400ZnSe60.03.0Schutz-
WZ-65x85-310600/9400ZnSe65.0 x 85.03.0Schutz-
WZ-75-310600/9400ZnSe75.03.0Schutz-
WZ-80-310600/9400ZnSe80.03.0Schutz-
WZ-88-310600/9400ZnSe88.03.0Schutz-
WZ-90-310600/9400ZnSe90.03.0Schutz-
WZ-90x60-310600/9400ZnSe90.0 x 60.03.0Schutz-
WZ-92x68-310600/9400ZnSe92.0 x 68.03.0Schutz-
WZ-95x95-310600/9400ZnSe95.0 x 95.03.0Schutz-
WZ-110-510600/9400ZnSe110.05.0Schutz-
WZ-150x105-310600/9400ZnSe150.0 x 105.03.0Schutz-
WZ-180-610600/9400ZnSe180.06.0Schutz-
WZ-185x125-610600/9400ZnSe185.0 x 125.06.0Schutz-
WZB-0.5x1.3-210600/9400ZnSe12.7 x 33.02.0Schutz-
WZB-0.5x1.3-2C (Eckschnitt)10600/9400ZnSe12.7 x 33.02.0Schutz-
WZB-0.6x1.5-210600/9400ZnSe15.2 x 38.12.0Schutz-
WZB-0.7x1.8-210600/9400ZnSe17.7 x 45.72.0Schutz-
WZB-0.75x1.5-310600/9400ZnSe19.0 x 38.13.0Schutz-
WZB-1.0x2.6-310600/9400ZnSe25.4 x 66.03.0Schutz-
WZB-1.5x3.9-410600/9400ZnSe38.1 x 99.14.0Schutz-
WZB-2.0x5.2-510600/9400ZnSe50.8 x 132.15.0Schutz-
WZB-20.3x52.8-310600/9400ZnSe20.3 x 52.83.0Schutz-
WZB-25x50-310600/9400ZnSe25.0 x 50.03.0Schutz-
WZB-25x66-310600/9400ZnSe25.0 x 66.03.0Schutz-
WZB-26.42x10.16-210600/9400ZnSe26.42 x 10.162.0Schutz-
WZB-30x75-510600/9400ZnSe30.0 x 75.05.0Schutz-
WZB-53x20-310600/9400ZnSe53.0 x 20.03.0Schutz-

Tabelle 2: Wavelength Opto-Electronic Saphirfenster (WSP-Serie) und ZnSe-Fenster (WZ-Serie).

Diese Fenster bestehen aus speziellen Scheiben aus transparentem und infrarotem Material, die in einen Rahmen eingelassen sind. Solche Fenster werden häufig in der FTIR-Spektroskopie (Fourier-Transformations-Infrarot), FLIR (vorausschauendes Infrarot), medizinischen Systemen, der Wärmebildgebung und einer Reihe anderer Anwendungen im IR-Spektrum verwendet.

In Thermografie- und Infrarot-Bildgebungsanwendungen werden IR-Fenster häufig zur Identifizierung von Hotspots eingesetzt, die auf elektrische Fehlfunktionen, Fehler oder Wärmelecks in verschiedenen elektrischen Verteilungsgeräten wie Leistungsschaltern, Schaltern, Schalttafeln, Schaltanlagen und Transformatoren zurückzuführen sind. Diese Fenster werden auch verwendet, um sowohl die Sicherheit des Personals als auch den Schutz der Ausrüstung zu gewährleisten.

Maßtoleranz: + 0 / -0.13 mm
Dickentoleranz: ± 0.25mm
Parallelität: ≤3 Bogen min.
Klare Blende: 90%
Oberflächenebenheit: λ/4 pro 1″Dia@632.8nm
Oberflächenqualität: 60-40 S-DAR
Beschichtung: R<0.2% pro Oberfläche @10.6μm
Einfallswinkel: Brewster-Winkel bei 10.6 μm

Spezifikationen 2: Wavelength Opto-Electronic ZnSe-Fenster

Was ist Infrarotoptik? Wärmebild 2
Abbildung 2: Wärmebildüberwachung

Darüber hinaus ermöglichen sie Inspektionen von stromführenden, unter Spannung stehenden Komponenten und Verbindungen innerhalb von Schaltschränken, ohne dass deren Abdeckungen entfernt werden müssen. Bei der Verwendung dieser Fenster für industrielle Zwecke ist es von entscheidender Bedeutung, sicherzustellen, dass sie die erforderlichen Festigkeits- und Umweltstandards erfüllen, die speziell für die Ausrüstung gelten, in die sie eingebaut werden. Diese Fenster sind in verschiedenen Größen und Stärken erhältlich, um eine ordnungsgemäße Installation zu ermöglichen.

2.1 Unterschied zwischen IR-Fenstern und anderen Fenstern

Infrarotlicht kann aus nahem IR (NIR), kurzer Wellenlänge (SWIR), mittlerer Wellenlänge (MWIR), langer Wellenlänge (LWIR) und fernem Infrarot (FIR) bestehen. Für Anwendungen im Infrarotbereich wird Germanium häufig als Substratmaterial für optische Fenster verwendet. Im Gegensatz zu anderen Materialien wie Quarzglas und N-BK7, die die Übertragung von Lichtwellenlängen aus dem sichtbaren und UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums ermöglichen, sind Germanium und Silizium für UV- und sichtbares Licht undurchlässig, weisen jedoch einen breiten Übertragungsbereich auf Infrarotbereich.

Materialien wie Saphir, Zinkselenid, Zinksulfid und Calciumfluorid verfügen über ein breites Transmissionsband, das von UV bis MWIR für Calciumfluorid und Saphir und vom sichtbaren Spektrum bis LWIR für Zinkselenid und Zinksulfid reicht. Daher sollten Anwendungen, die ausschließlich die Übertragung von IR-Wellen erfordern, Germanium- oder Siliziumfenster verwenden.

2.2 Germanium IR Windows und Anwendungen

Germanium-IR-Windows-Übertragung
Abbildung 3: Germanium-Übertragungsprofil

Wie aus dem Transmissionsprofil hervorgeht, dient Germanium als Langpassfilter für Wellenlängen größer als 2 µm. Aufgrund seines hohen Brechungsindex (4.0 von 2 µm bis 14 µm) weist es eine minimale chromatische Aberration auf und es wird eine Antireflexionsbeschichtung verwendet. Darüber hinaus weist es Kratzfestigkeit und Inertheit gegenüber Luft, Wasser, Laugen und einer Vielzahl von Säuren auf. Seine relativ hohe Dichte (5.323 g/cmXNUMX).3), sollte bei Anwendungen berücksichtigt werden, bei denen das Gewicht eine Einschränkung darstellt.

ArtikelnummerWellenlänge (nm)WerkstoffDurchmesser (mm)Dicke (mm)Anwendung
WGE-1.5-3-BB8000-12000Ge38.13.0Schutz-
WGE-1.5-5-BB8000-12000Ge38.15.0Schutz-
WGE-2-3-BB8000-12000Ge50.83.0Schutz-
WGE-25-3-BB8000-12000Ge25.03.0Schutz-
WGE-30-3-BB8000-12000Ge30.03.0Schutz-
WGE-35-3-BB8000-12000Ge35.03.0Schutz-
WGE-36-2-BB8000-12000Ge36.02.0Schutz-
WGE-38-3-BB8000-12000Ge38.03.0Schutz-
WGE-42-2-BB8000-12000Ge42.02.0Schutz-
WGE-45-3-BB8000-12000Ge45.03.0Schutz-
WGE-85-3-BB8000-12000Ge85.03.0Schutz-
WGE-100-3-BB8000-12000Ge100.03.0Schutz-
WGE-110-4-BB8000-12000Ge110.04.0Schutz-
WGE-124-4-BB8000-12000Ge124.04.0Schutz-
WGE-142-6-BB8000-12000Ge142.06.0Schutz-
WGE-150-15-BB8000-12000Ge150.015.0Schutz-
WGE-152X120X6.54-BB8000-12000Ge152.0 x 120.06.5Schutz-
WGE-156-6-BB8000-12000Ge156.06.0Schutz-
WGE-160-6-BB8000-12000Ge160.06.0Schutz-
WGE-178-6-BB8000-12000Ge178.06.0Schutz-

Tabelle 3: Wavelength Opto-Electronic Germanium IR (WGE-Serie) Windows

Darüber hinaus werden die Übertragungseigenschaften von Germanium erheblich von der Temperatur beeinflusst. Wenn die Temperatur 100 °C erreicht, nimmt die Absorption so stark zu, dass Germanium nahezu undurchsichtig wird, und bei 200 °C verliert es alle durchlässigen Eigenschaften. Optische Fenster aus Germanium werden in großem Umfang in der Verteidigungs- und Luft- und Raumfahrtindustrie, in den Lebens- und Medizinwissenschaften, in der OEM-Industrie und einer Vielzahl anderer Infrarotanwendungen eingesetzt. Durch die Lichtbrechung eignet es sich für Weitwinkelobjektive und Mikroskope. In Wärmebildsystemen wird Germanium häufig für IR-Fenster und -Linsen verwendet.

Lasergravuranwendung
Laser-Gravur

Eine der häufigsten Anwendungen für Germaniumfenster ist der Einsatz von COXNUMX mit geringem Stromverbrauch2 Lasersysteme. Mit einem LIDT (Laser-Induced Damage Threshold) von 10 J/cm2Germaniumfenster sind nicht für Hochleistungs- oder Dauerstrichlaser (CW) geeignet. Ein Grund dafür ist, dass Laser mit höherer Leistung einen Temperaturanstieg verursachen, wodurch die Übertragungseigenschaften über 100 °C drastisch sinken und schließlich das Substrat selbst beschädigt wird, sobald Temperaturen nahe 600 °C erreicht werden. Andererseits eignet sich ein AR-beschichtetes Germanium gut für einen gepulsten Laseraufbau mit geringer Leistung. Eine besonders bemerkenswerte Anwendung sind Quantenkaskadenlaser (QC), die in der High-End-Materialwissenschaft eingesetzt werden. 

2.3 Silizium-IR-Fenster und Anwendungen

Neben Germanium wird häufig auch Silizium (Si) für IR-Fenster verwendet. Silizium ist eines der härtesten verfügbaren Mineralien und optischen Materialien für den Einsatz im NIR (1 µm) bis etwa 6 µm. Optische Qualität Silizium wird normalerweise dotiert (5 bis 40 Ohm-cm), um Absorptionsbanden innerhalb des Übertragungswellenbands zu verhindern. Silizium hat einen niedrigeren Brechungsindex als Germanium und eine geringere Dichte, was zu weniger schweren optischen Designs führt.

Silizium-Infrarot-Fensterübertragung
Abbildung 4: Silizium-Übertragungsprofil

Silizium eignet sich ideal für den Einsatz als Fenster im 3- bis 5-µm-Wellenband (MWIR) und als Substrat für optische Filter Die geringe Dichte von Silizium (halb so hoch wie die von Germanium oder Zinkselenid) macht es ideal für gewichtsempfindliche Anwendungen, insbesondere für Anwendungen im Bereich von 3 bis 5 µm. Es hat eine Dichte von 2.329 g/cm3 und eine Knoop-Härte von 1150, ist also härter und weniger spröde als Germanium.

Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit ist Silizium im Vergleich zu Germanium besser für Hochleistungslaser geeignet. Dies ist besonders wichtig in Bereichen wie Industrieinspektionen und -überwachung. Wie aus seinem Transmissionsprofil hervorgeht, weist es jedoch eine starke Absorptionsbande bei 9 µm auf, was es für CO nicht geeignet macht2 Laseranwendungen.

Überwachungsanwendung
Überwachung

Siliziumfenster werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Es ist ein integraler Bestandteil von Wärmebildgeräten und ermöglicht die Erkennung von Temperaturschwankungen in Objekten und Umgebungen. Es wird auch häufig in IR-Spektroskopiegeräten zur Analyse der Zusammensetzung verschiedener Materialien sowie in der Verteidigungs- und Sicherheitsindustrie zur Zielerkennung und für Nachtsichtbrillen eingesetzt.

2.4 Unterschied zwischen Germanium- und Silizium-IR-Fenstern

Silizium und Germanium sind beides Halbleitermaterialien, die in verschiedenen Anwendungen, einschließlich Fenstertechnologien, eingesetzt werden. Der Hauptunterschied liegt in ihren physikalischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften. Siliziumfenster bieten eine bessere Transparenz im SWIR und MWIR, sind jedoch im LWIR weniger effizient. Andererseits weisen Germaniumfenster eine hervorragende Infrarottransparenz für LWIR auf, was sie ideal für Wärmebild- und Infrarotspektroskopieanwendungen macht.

Allerdings ist Germanium im Allgemeinen teurer und zerbrechlicher als Silizium. Silizium ist eine häufig auf der Erdoberfläche vorkommende Verbindung. Andererseits ist Germanium ein seltenes Material, das häufig in Blei-, Silber- und Kupfervorkommen vorkommt. Darüber hinaus sind die Verarbeitungskosten von Germanium höher als die von Silizium, was Germanium zu einer teureren Verbindung macht. Die Wahl zwischen Silizium- und Germaniumfenstern hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, wie z. B. Wellenlängenbereich, Kosten und mechanische Haltbarkeit. 

3. Fensterbeschichtung

IR-Windows-Innovationen: Empower 2024 mit Infrarot-Windows 3
Wavelength Opto-Electronic Beschichtungsmaschine

Optische Fenster werden häufig mit Antireflexionsbeschichtungen (AR) versehen, um die Transmission im gewünschten Wellenlängenbereich zu maximieren. Die meisten AR-Beschichtungen sind außerdem sehr langlebig und bieten Widerstandsfähigkeit gegen physische und umweltbedingte Schäden. Aus diesen Gründen verfügt die überwiegende Mehrheit der transmissiven Optiken über eine Antireflexionsbeschichtung.

Bei der Auswahl einer AR-Beschichtung für ein Fenster muss der gesamte Betriebsspektralbereich der spezifischen Anwendung sorgfältig berücksichtigt werden. Während eine AR-Beschichtung die Leistung eines optischen Systems erheblich verbessern kann, könnte die Verwendung der Beschichtung bei Wellenlängen außerhalb des vorgesehenen Wellenlängenbereichs möglicherweise die Leistung des Systems beeinträchtigen. Es wird empfohlen, für Germaniumfenster eine AR-Beschichtung zu verwenden. 

4. Fazit

ToleranzNormenPräzisionHohe Präzision
MaterialienGlas: Borosilikatglas (BK7), optisches Glas, Quarzglas, Fluorid
Kristall: ZnSe, ZnS, Ge, GaAs, CaF2, BaF2, MgF2, Si, Fluorid, Saphir, Chalkogenid
Kunststoff: PMMA, Acryl
AbmessungenMinimum: 4 mm, Maximum: 200 mm
Abmessungen± 0.25mm± 0.1mm± 0.05mm
Dicke± 0.1mm± 0.05mm± 0.01mm
Blende löschen80%90%95%
Unregelmäßigkeit (PV)2 λλ / 4λ / 10
Parallelität5bogenmin1bogenmin5 Bogensekunden
Wellenlängenbereich200 nm bis 14 um200 nm bis 14 um190 nm bis 14 um
Oberflächenqualität80-5040-2010-5
BeschichtungBreitband-Antireflexion, Schmalband-Antireflexion
Tabelle 4: Wavelength Opto-Electronic Möglichkeiten zur Herstellung optischer Fenster

Optische Fenster sind in der Optikindustrie von entscheidender Bedeutung und werden für eine Reihe von Anwendungen mit unterschiedlichen Zwecken eingesetzt. Als optische Fenster können verschiedene Materialien verwendet werden, um anhand ihres Transmissionsprofils bestimmte Lichtwellenlängen herauszufiltern. Zinkselenid, Zinksulfid, Saphir und Calciumfluorid sind einige Verbindungen, die für Fenster verwendet werden und die Übertragung von Licht im sichtbaren und IR-Spektrum ermöglichen. Andererseits eignen sich Germanium und Silizium für Anwendungen, bei denen nur Wellenlängen aus dem IR-Spektrum durchgelassen werden müssen.

Verschiedene Faktoren können beeinflussen, welches Material für eine bestimmte Anwendung ausgewählt werden sollte. Hierzu zählen neben dem Übertragungsbereich auch Faktoren wie Dichte, Härte, Betriebstemperatur, Betriebsart und Kosten. Weitere Überlegungen umfassen die Hinzufügung einer Antireflexionsbeschichtung, die das Transmissionsprofil so verändern kann, dass es innerhalb des gewünschten Anwendungsbereichs liegt. Im sich ständig weiterentwickelnden Bereich der Optik bleibt die Bedeutung optischer Fenster von entscheidender Bedeutung, da sie als Tor zur Erschließung des Potenzials optischer Technologien und Anwendungen dienen.

Wavelength Opto-Electronic entwerfen und fertigen optische Fenster aus verschiedenen Materialien, von Standard- bis hin zu hochpräzisen Spezifikationen. Unsere Ingenieure verfügen über umfangreiche Erfahrung und dank unserer hochmodernen Anlagen können Sie sicher sein, dass die von uns hergestellten Fenster von hoher Qualität sind und mit unseren umfassenden Methoden gemessen und getestet werden Metrologie.

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