Risposta rapida

Se la tua applicazione funziona sopra circa 350 nm e vuoi il vetro ottico più economico e ampiamente disponibile, scegli N-BK7. Se hai bisogno di trasmissione nell'ultravioletto, minore espansione termica o migliori prestazioni nell'UV profondo, scegli la silice fusa. Per la messa a fuoco di laser a 1064 nm dove l'aberrazione sferica conta, una lente bestform nel substrato giusto ti dà il punto più piccolo.

Dove N-BK7 vince e dove si ferma

Il N-BK7 è un vetro crown al borosilicato con un indice di rifrazione di circa 1.517 a 587.6 nm. Questo indice è stabile da lotto a lotto, il che lo rende la scelta predefinita per sistemi ottici nel visibile e nel vicino infrarosso dove costo e disponibilità contano. Trasmette bene da circa 350 nm a 2,000 nm, coprendo la maggior parte delle applicazioni con laser a diodo, visione artificiale e laboratori generici. Il N-BK7 si lucida anche con un'ottima qualità superficiale e accetta facilmente rivestimenti antiriflesso standard.

Il N-BK7 smette di essere la risposta giusta quando si passa all'UV. Sotto circa 350 nm, la trasmissione interna cala bruscamente. Se la tua sorgente è un laser a 355 nm o 266 nm, un'ottica in N-BK7 assorbirà abbastanza luce da causare distorsione termica e riduzione del rendimento. Il materiale ha anche un coefficiente di dilatazione termica relativamente alto rispetto alla silice fusa, quindi in applicazioni con ampie variazioni di temperatura, la messa a fuoco può derivare.

Cosa aggiunge la silice fusa per la stabilità UV e termica

La silice fusa è biossido di silicio amorfo, non un materiale cristallino. Il suo limite di trasmissione UV si estende molto più in profondità rispetto al N-BK7, e i gradi a basso contenuto di OH trasmettono bene oltre 3 micron nell'infrarosso. Questo rende la silice fusa il substrato standard per laser a eccimeri, spettroscopia UV e qualsiasi applicazione in cui la trasmissione UV profonda è non negoziabile. Ha anche un coefficiente di dilatazione termica inferiore rispetto al N-BK7, quindi mantiene meglio forma e fuoco quando cambia la temperatura ambiente.

Il compromesso è costo e disponibilità. I grezzi in silice fusa sono più costosi da produrre e alcuni gradi richiedono più tempo per essere reperiti. È anche più morbida di alcune alternative cristalline, quindi le procedure di manipolazione e pulizia contano di più. Per sistemi solo visibili, pagare per la silice fusa spesso non compra nulla di misurabile.

La scelta del substrato modifica la geometria della lente, non solo la trasmissione

L'indice di rifrazione del substrato determina il fattore di forma che minimizza l'aberrazione sferica in una lente a elemento singolo. Ecco perché una lente bestform è progettata per un materiale specifico. Una lente bestform realizzata in N-BK7 ha raggi anteriori e posteriori diversi rispetto a una realizzata in silice fusa, perché la differenza di indice altera il rapporto ottimale. Se si sostituisce un substrato con un altro in un progetto bestform, si perde la correzione dell'aberrazione che lo rendeva bestform.

Questo è particolarmente importante quando si focalizza un laser su un punto minimo. Una lente sferica singola nel substrato sbagliato produrrà un punto più grande e un errore del fronte d'onda maggiore rispetto allo stesso progetto nel vetro corretto. Quando ordini una lente bestform, specifica la lunghezza d'onda di progetto e il substrato insieme in modo che i raggi vengano calcolati per il tuo utilizzo effettivo.

Le applicazioni cilindriche e le finestre seguono la stessa logica

Le lenti cilindriche focalizzano la luce su un asse e sono comuni nella generazione di linee laser, nell'imaging a array lineare e nella spettroscopia a fenditura. Si applicano le stesse regole del substrato: scegli N-BK7 per il lavoro cilindrico nel visibile e nel vicino infrarosso dove il costo è importante, e silice fusa o quarzo fuso quando è richiesta la trasmissione UV o la stabilità termica. Una lente cilindrica in quarzo fuso G1, ad esempio, ti dà la portata UV che il borosilicato non può eguagliare.

Per finestre e ottiche protettive, la decisione è più semplice. Se la finestra deve solo far passare la luce visibile e proteggere l'ottica dietro di essa, una finestra circolare di qualità commerciale in N-BK7 o equivalente è di solito sufficiente. Se la finestra si trova davanti a una sorgente UV o deve resistere a cicli termici, una finestra in silice fusa a basso contenuto di OH è la scelta migliore a lungo termine perché trasmette fino a 3 micron e gestisce i cambiamenti di temperatura con meno distorsione.

Regole decisionali per la selezione del substrato

  • Prima la lunghezza d'onda: Se la lunghezza d'onda più corta è inferiore a 350 nm, scegli silice fusa o quarzo fuso. Se tutto è superiore a 350 nm, N-BK7 è di solito sufficiente e costa meno. Controlla lo spettro della sorgente prima di ogni altra cosa.
  • Ambiente termico: Se l'ottica subirà sbalzi di temperatura superiori a circa 20°C o deve mantenere la messa a fuoco durante il riscaldamento, la minore espansione termica della silice fusa riduce la deriva. I banchi da laboratorio stabili favoriscono il N-BK7; i sistemi da campo o sotto vuoto spesso favoriscono la silice fusa.
  • Correzione delle aberrazioni: Per la messa a fuoco a elemento singolo, il fattore di forma ottimale è legato all'indice del substrato. Ordina il substrato e la lunghezza d'onda di progetto insieme in modo che i raggi corrispondano alla tua applicazione. Non sostituire mai i substrati in un progetto bestform senza ricalcolare.
  • Budget e tempi di consegna: N-BK7 è generalmente meno costoso e più ampiamente disponibile. La silice fusa costa di più e alcuni gradi richiedono più tempo per l'approvvigionamento. Se le prestazioni nel visibile sono adeguate, N-BK7 libera budget per rivestimenti o supporti.

Prodotti che illustrano la scelta del substrato

  • Lenti laser Bestform, vetro ottico N-BK7*: Le lenti laser Bestform in vetro ottico N-BK7 sono sagomate in modo che i raggi anteriore e posteriore seguano un rapporto specifico determinato dal fattore di forma del materiale, riducendo l'aberrazione sferica quando si focalizza un laser in un punto minimo. Se il laser opera nel visibile o nel vicino infrarosso e si desidera il punto focalizzato più piccolo, questa è l'opzione economica Bestform. Non sostituire un substrato diverso senza ricalcolare il progetto.
  • Lenti laser Bestform, silice fusa di grado S1-UV: Le lenti laser Bestform in silice fusa di grado S1-UV sono disponibili con un'opzione di lunghezza d'onda di progettazione, che consente di abbinare la lente alla sorgente UV. Per la messa a fuoco a 355 nm o 266 nm, la forma Bestform in silice fusa preserva la correzione dell'aberrazione alla lunghezza d'onda in cui N-BK7 assorbirebbe. Specificare la lunghezza d'onda di progettazione garantisce che i raggi siano ottimizzati per il laser.
  • Finestre di qualità commerciale, circolari, in silice fusa di grado I2-IR a basso contenuto di OH: Le finestre circolari di qualità commerciale in silice fusa di grado I2-IR a basso contenuto di OH trasmettono fino a 3 micron e presentano un basso coefficiente di dilatazione termica, con una precisione superficiale di 2λ per pollice o migliore. Questa finestra funziona per applicazioni IR e UV dove il borosilicato fallirebbe. Il basso contenuto di OH e la stabilità termica la rendono adatta ad ambienti con sbalzi di temperatura.
  • Lenti cilindriche, quarzo fuso G1, grado commerciale: Le lenti cilindriche in quarzo fuso G1 di grado commerciale producono una linea focale parallela all'asse cilindrico, utile per l'imaging di array lineari e fenditure spettroscopiche. Quando hai bisogno di una messa a fuoco su un singolo asse nell'UV o con una migliore stabilità termica rispetto a N-BK7, questa lente cilindrica in quarzo fuso copre applicazioni che il borosilicato non può.

Quale substrato si adatta alla tua applicazione

Scegli N-BK7 se hai bisogno di

  • Messa a fuoco di laser visibile o nel vicino infrarosso dove costo e disponibilità sono importanti
  • Ottica generale da laboratorio, visione artificiale o configurazioni didattiche oltre 350 nm
  • Una lente bestform per 1064 nm o lunghezze d'onda visibili dove il design è già ottimizzato per il borosilicato

Scegli invece silice fusa o quarzo fuso se hai bisogno di

  • Trasmissione UV al di sotto di 350 nm, come sistemi laser a 355 nm o 266 nm
  • Stabilità termica in ambienti con ampie escursioni termiche
  • Trasmissione infrarossa fino a 3 micron con finestre in silice fusa a basso contenuto di OH