Metalizēti optiskie logi: neatzītie precīzās optikas veicinātāji

Precīzās optikas un optoelektroniskajās sistēmās dažādiem komponentiem ir īpaša loma, un tie kopā darbojas, lai veiktu sarežģītus uzdevumus. Tā kā šie komponenti tiek ražoti dažādos veidos, arī to virsmas apstrāde atšķiras. Starp plaši izmantotajiem elementiem,optiskie logiir daudz procesa variantu. Šķietami vienkārša, tomēr būtiska apakškopa irmetalizēts optiskais logs— ne tikai optiskā ceļa “vārtu sargs”, bet arī patiessveicinātājssistēmas funkcionalitātes. Aplūkosim to tuvāk.

Kas ir metalizēts optiskais logs un kāpēc to metalizēt?

1) Definīcija

Vienkārši sakot, ametalizēts optiskais logsir optiska detaļa, kuras substrātam — parasti stiklam, kausētam silīcija dioksīdam, safīram utt. — ir plāns metāla (piemēram, Cr, Au, Ag, Al, Ni) slānis (vai daudzslāņu slānis), kas uzklāts uz tā malām vai uz noteiktām virsmas zonām, izmantojot augstas precizitātes vakuuma procesus, piemēram, iztvaikošanu vai izsmidzināšanu.

No plašas filtrēšanas taksonomijas metalizēti logi irnetradicionālie “optiskie filtri”. Klasiskie filtri (piemēram, joslas caurlaides, tālas caurlaides) ir paredzēti, lai selektīvi pārraidītu vai atstarotu noteiktas spektra joslas, mainot gaismas spektru.optiskais logsturpretī galvenokārt ir aizsargājošs. Tam ir jāuzturaugsta transmisijaplašā joslā (piemēram, VIS, IR vai UV), vienlaikus nodrošinotvides izolācija un blīvēšana.

Precīzāk, metalizēts logs irspecializēta apakšklaseoptiskā loga. Tā īpatnība slēpjasmetalizācija, kas piešķir funkcijas, ko parasts logs nevar nodrošināt.

2) Kāpēc metalizēt? Galvenie mērķi un ieguvumi

Nomināli caurspīdīgas detaļas pārklāšana ar necaurspīdīgu metālu var šķist neloģiski, taču tā ir gudra, mērķtiecīga izvēle. Metalizācija parasti nodrošina vienu vai vairākas no šīm iespējām:

(a) Elektromagnētisko traucējumu (EMI) ekranēšana
Daudzās elektroniskās un optoelektroniskās sistēmās jutīgi sensori (piemēram, CCD/CMOS) un lāzeri ir neaizsargāti pret ārējiem elektromagnētiskajiem traucējumiem un paši var radīt traucējumus. Nepārtraukts, vadošs metāla slānis uz loga var darboties kāFaraday būris, ļaujot gaismai cauri bloķējot nevēlamus RF/EM laukus, tādējādi stabilizējot ierīces veiktspēju.

(b) Elektriskais pieslēgums un zemējums
Metalizētais slānis ir vadošs. Pielodējot tam vadu vai pieslēdzot to metāla korpusam, var izveidot elektriskos ceļus elementiem, kas uzstādīti loga iekšpusē (piemēram, sildītājiem, temperatūras sensoriem, elektrodiem), vai arī savienot logu ar zemi, lai izkliedētu statisko elektrību un uzlabotu ekranēšanu.

(c) Hermētisks blīvējums
Šis ir stūrakmens lietošanas gadījums. Ierīcēs, kurām nepieciešams augsts vakuums vai inerta atmosfēra (piemēram, lāzerlampās, fotoelektronu pavairotāju lampās, kosmosa sensoros), logs ir jāsavieno ar metāla korpusu, izmantojotpastāvīgs, īpaši uzticams blīvējumsIzmantojotlodēšanaLoga metalizētā apmale ir savienota ar metāla korpusu, lai panāktu daudz labāku hermētiskumu nekā līmējot, tādējādi nodrošinot ilgtermiņa vides stabilitāti.

(d) Atveres un maskas
Metalizācijai nav jānosedz visa virsma; to var strukturēt. Pielāgotas metāla maskas (piemēram, apaļas vai kvadrātveida) uzklāšana precīzi nosakacaurspīdīga atvere, bloķē izkliedēto gaismu un uzlabo signāla un trokšņa attiecību (SNR) un attēla kvalitāti.

Kur tiek izmantoti metāliski logi

Pateicoties šīm iespējām, metalizētie logi tiek plaši izmantoti visur, kur ir nepieciešami īpaši apstākļi:

• Aizsardzība un aviācija:raķešu meklētāji, satelītu lietderīgā slodze, gaisa kuģu infrasarkanās sistēmas — kur vibrācija, ekstremālas temperatūras un spēcīgi elektromagnētiskie traucējumi ir norma. Metalizācija nodrošina aizsardzību, blīvējumu un ekranēšanu.

• Augstas klases rūpniecība un pētniecība:lieljaudas lāzeri, daļiņu detektori, vakuuma skata logi, kriostati — lietojumprogrammas, kurām nepieciešama stabila vakuuma integritāte, starojuma tolerance un uzticamas elektriskās saskarnes.

• Medicīnas un dzīvības zinātnes:instrumenti ar integrētiem lāzeriem (piemēram, plūsmas citometri), kuriem jānoslēdz lāzera rezonators, vienlaikus izlaižot staru kūli.

• Komunikācija un uztveršana:optisko šķiedru moduļi un gāzes sensori, kas izmanto EMI ekranēšanu signāla tīrības nodrošināšanai.

Galvenās specifikācijas un atlases kritēriji

Norādot vai novērtējot metalizētus optiskos logus, uzmanība jāpievērš:

1. Substrāta materiāls– Nosaka optisko un fizisko veiktspēju:

• BK7/K9 stikls:ekonomisks; piemērots redzamajam.

• Kausēts silīcija dioksīds:augsta caurlaidība no UV uz NIR; zems CTE un lieliska stabilitāte.

• Safīrs:Īpaši ciets, izturīgs pret skrāpējumiem, iztur augstas temperatūras; plašs UV un vidējā IR pielietojums skarbos apstākļos.

• Si/Ge:galvenokārt IR joslām.

2. Caurspīdīga apertūra (CA)– Reģions, kas garantēti atbilst optiskajām specifikācijām. Metalizētās zonas parasti atrodas ārpus (un ir lielākas par) konusveida zondi.

3. Metalizācijas veids un biezums–

• Crbieži izmanto gaismu bloķējošām atverēm un kā līmēšanas/lodēšanas pamatni.

• Aunodrošina augstu vadītspēju un oksidācijas izturību lodēšanai/cietlodēšanai.
  Tipiski biezumi: no desmitiem līdz simtiem nanometru, pielāgoti funkcijai.

4. Pārnešana– Caurlaidspējas procents mērķa joslā (λ₁–λ₂). Augstas veiktspējas logi var pārsniegt99%projektētā diapazona ietvaros (ar atbilstošiem AR pārklājumiem uz caurspīdīgās atveres).

5. Hermētiskums– Kritiski svarīgs lodētiem logiem; parasti tiek pārbaudīts ar hēlija noplūdes testu, ievērojot stingrus noplūdes rādītājus, piemēram,< 1 × 10⁻⁸ cm³/s(atm Viņš).

6. Lodēšanas saderība– Metāla kaudzei ir jāsamitrina un labi jāsasaista izvēlētās pildvielas (piemēram, AuSn, AgCu eutektika), kā arī jāiztur termiskie cikli un mehāniskā slodze.

7. Virsmas kvalitāte– Rakšana ar skrāpējumiem (piemēram,60–40vai labāk); mazāki skaitļi norāda uz mazāku/vieglāku defektu skaitu.

8. Virsmas figūra– Plakanuma novirze, kas parasti norādīta viļņos pie noteikta viļņa garuma (piemēram,λ/4, λ/10 pie 632,8 nm); mazākas vērtības nozīmē labāku līdzenumu.

Apakšējā līnija

Metalizēti optiskie logi atrodas mezglāoptiskā veiktspējaunmehāniskā/elektriskā funkcionalitāteTie sniedzas tālāk par vienkāršu pārraidi, kalpojot kāaizsargbarjeras, EMI vairogi, hermētiskas saskarnes un elektriskie tiltiLai izvēlētos pareizo risinājumu, ir nepieciešams sistēmas līmeņa nozares pētījums: Vai jums ir nepieciešama vadītspēja? Lodējuma hermētiskums? Kāda ir darbības josla? Cik nopietnas ir vides slodzes? Atbildes nosaka substrāta, metalizācijas slāņa un apstrādes ceļa izvēli.

Tieši šī kombinācijamikro mēroga precizitāte(desmitiem nanometru inženierijas ceļā iegūtu metāla plēvju) unmakro mēroga stabilitāte(iztur spiediena starpības un spēcīgas termiskās svārstības), kas padara metalizētus optiskos logus par neaizstājamu"Super logs"—savienojot delikāto optisko jomu ar reālās pasaules skarbākajiem apstākļiem.