Encargar un producto a medida ventana óptica de rubí requiere más información que el diámetro y el grosor. Dos ventanas con las mismas dimensiones nominales pueden presentar un comportamiento muy diferente si se utilizan concentraciones de cromo, orientaciones cristalinas, grados de pulido, normas de calidad superficial o recubrimientos distintos.
El rubí sintético es óxido de aluminio dopado con cromo, cuya fórmula química habitual es Cr³⁺₂O₃. Combina las ventajas mecánicas de la estructura cristalina del corindón con la absorción óptica característica y la fluorescencia roja que aporta el cromo. Los estudios publicados describen el rubí como alúmina dopada con Cr³⁺ que presenta una elevada dureza, resistencia, conductividad térmica y estabilidad química. Sin embargo, el cromo también modifica su comportamiento espectral en comparación con el zafiro incoloro.
Por lo tanto, una especificación eficaz de una ventana óptica de rubí debería definir no solo sus dimensiones físicas, sino también:
- Calidad del material y concentración de cromo
- Orientación cristalina
- Apertura útil
- Tolerancias dimensionales
- Pulido y rugosidad de la superficie
- Planicidad y frente de onda transmitido
- Paralelismo o cuña
- Imperfecciones superficiales
- Transmisión espectral
- Requisitos de recubrimiento
- Entorno operativo
- Inspección y documentación
En esta guía se explica cómo definir estos parámetros y preparar una solicitud de presupuesto completa para prototipos o cantidades de producción.
¿Qué es una ventana óptica de rubí?
Una ventana óptica de rubí se fabrica normalmente a partir de rubí monocristalino sintético, en lugar de a partir de rubí natural como gema. El rubí y el zafiro comparten la misma estructura cristalina de óxido de aluminio, pero el rubí contiene iones de cromo que le confieren su aspecto, que va del rosa al rojo intenso, así como su absorción y fluorescencia características.
El término “vidrio de rubí” se utiliza a veces en búsquedas generales, pero puede resultar engañoso. El vidrio es amorfo, mientras que el rubí sintético que se utiliza para componentes ópticos de precisión suele ser un material cristalino. En una solicitud de presupuesto debe indicarse claramente si el requisito es:
- Rubí sintético monocristalino
- Rubí policristalino transparente
- Cristal óptico de color rubí
- Una ventana de zafiro incoloro con un recubrimiento rojo
Estos materiales no son intercambiables.
Las ventanas ópticas de rubí pueden utilizarse en visores de protección, instrumentos ópticos, cubiertas de sensores, sistemas de inspección, equipos a presión, dispositivos científicos y aplicaciones selectivas en cuanto a la longitud de onda. El rubí también se utiliza como material de ganancia para láseres, pero una ventana pasiva de rubí y un cristal láser de rubí requieren especificaciones diferentes.
Empieza por definir la función de la ventana
La aplicación determina qué parámetros requieren un control más estricto.
| Función de ventana | Características más importantes |
|---|---|
| Cubierta protectora o ventana de visualización | Diámetro, espesor, apertura libre, estado de los bordes, calidad de la superficie y resistencia a las condiciones ambientales |
| Ventana de imágenes o de la cámara | Planicidad, frente de onda transmitido, cuña, rugosidad superficial y transmisión espectral |
| Ventana espectral o visual roja | Concentración de cromo, espesor, uniformidad del color y curva de transmisión medida |
| Componente relacionado con el láser | Orientación cristalina, absorción, homogeneidad, fluorescencia, recubrimiento y umbral de daño inducido por láser |
| Ventana de presión o vacío | Apertura, espesor, método de montaje, diferencia de presión, temperatura y factor de seguridad no especificados |
No se deben aplicar automáticamente tolerancias propias de la tecnología láser a una ventana de protección. Unas especificaciones innecesariamente estrictas pueden aumentar el tiempo de mecanizado, reducir el rendimiento de la producción y elevar el precio unitario sin que ello suponga una mejora real del sistema.
1. Especificar el diámetro, la forma y la abertura libre
Diámetro exterior
En el caso de una ventana circular de rubí, indique el diámetro exterior final y su tolerancia. Por ejemplo:
Diámetro: Ø25,00 ±0,05 mm
La tolerancia adecuada depende del método de montaje. Un anillo de retención o un soporte mecánico suelto pueden admitir una tolerancia relativamente amplia, mientras que una carcasa metálica de precisión o un conjunto pegado pueden requerir un control dimensional más estricto.
Algunos puntos de partida ilustrativos son:
| Nivel de exigencia | Ejemplo de tolerancia de diámetro |
| Ventana de protección general | ±0,10 mm |
| Ajuste mecánico de precisión | ±0,05 mm |
| Conjunto óptico compacto | ±0,02 mm o menor tras la revisión de fabricación |
Estos límites de aceptación no son universales. Los diámetros grandes, las ventanas muy finas y las formas poco habituales pueden requerir tolerancias diferentes.
Ventanas no circulares
Las ventanas ópticas de rubí también pueden fabricarse como:
- Platos rectangulares o cuadrados
- Ventanas ovaladas
- Anillos
- Ventanas escalonadas
- Componentes ranurados
- Ventanas con elementos planos o de alineación
- Formas personalizadas basadas en un dibujo CAD
En el caso de las piezas no circulares, especifique la longitud, la anchura, el radio de las esquinas, la tolerancia del perfil y la estructura de referencia.
Apertura útil
La apertura útil es el área en la que deben cumplirse los requisitos ópticos. No es lo mismo que el diámetro exterior.
Por ejemplo:
Diámetro exterior: Ø25,00 mm
Apertura libre: Ø 22,00 mm, centrada en el diámetro exterior
Si no se especifica la apertura útil, es posible que el fabricante no sepa si los requisitos de planitud, calidad de la superficie y transmisión se aplican a toda la cara pulida o solo a la zona óptica central.
La apertura útil también debe tener en cuenta:
- Superposición de los anillos de retención
- Ancho del adhesivo o del sellador
- Área de contacto de la junta
- Bisel del borde
- Tolerancia de alineación
- Diámetro previsto del haz y movimiento del haz
Condición de borde
El rubí es extremadamente duro, pero puede sufrir astillas en los bordes si estos se dejan afilados o se manipulan de forma incorrecta. Define el tratamiento necesario para los bordes, como por ejemplo:
- Borde finamente pulido
- Borde pulido
- Bisel protector
- Chaflán
- Borde redondeado
- Borde ennegrecido o recubierto
Un ejemplo de nota de dibujo podría ser:
Chaflán del borde: 0,20–0,30 mm × 45°, salvo que se especifique lo contrario
Indique también el tamaño máximo permitido de las virutas de borde y si se permiten virutas de borde fuera de la apertura libre.
2. Selecciona el grosor adecuado
El espesor influye tanto en el rendimiento mecánico como en el comportamiento óptico. No debe seleccionarse basándose únicamente en el diámetro de la ventana.
Aspectos mecánicos
En el caso de una ventana de presión o de vacío, la elección del espesor depende de:
- Diámetro óptico no compatible
- Diferencial de presión máximo
- Cargas estáticas, cíclicas o de impacto
- Método de montaje y sellado
- Temperatura máxima de funcionamiento
- Gradiente de temperatura
- Daños en la superficie y estado de los bordes
- Factor de seguridad requerido
- Requisitos de presión de prueba
Un diámetro exterior mayor no implica necesariamente una abertura sin soporte mayor. Una ventana puede tener un diámetro exterior de 50 mm, pero solo una superficie expuesta de 30 mm tras su instalación.
En el caso de las ventanas de presión en las que la seguridad es fundamental, el espesor definitivo debe justificarse mediante un análisis mecánico y, cuando sea necesario, una prueba de resistencia. Una tabla general de espesores no debe sustituir al diseño técnico específico para cada aplicación.
Consideraciones ópticas
El grosor también varía:
- Longitud del recorrido óptico
- Posición de enfoque en haces convergentes
- Desplazamiento del haz en caso de incidencia no normal
- Interferencias y reflejos fantasma
- Absorción a través del material de rubí
- Color rojo percibido
- Intensidad de fluorescencia
- Transmisión externa general
En los rangos de longitudes de onda de absorción, una ventana de rubí más gruesa suele transmitir menos luz que una ventana más fina del mismo material y con la misma concentración de cromo. Por lo tanto, la transmisión espectral debe asociarse siempre a un espesor final definido.
Tolerancia de espesor
Una especificación completa incluye tanto el espesor nominal como la tolerancia:
Espesor: 3,00 ± 0,05 mm
Las piezas de protección generales pueden admitir una tolerancia de ±0,10 mm, mientras que los conjuntos ópticos de precisión pueden requerir una tolerancia de ±0,05 mm, ±0,02 mm o incluso más ajustada. Antes de optar por una tolerancia muy ajustada, hay que determinar si el sistema depende realmente del espesor absoluto, del paralelismo, de la variación total del espesor o del frente de onda transmitido.
3. Definir el grado de calidad del rubí
“Ruby” por sí solo no constituye una especificación completa del material.
Material sintético monocristalino
En el caso de las ventanas ópticas de precisión, una descripción típica del material es la siguiente:
Rubí sintético monocristalino, Cr³⁺₂O₃
Si procede, especifica también el método de crecimiento de cristales aceptable. Los métodos de crecimiento habituales pueden dar lugar a diferentes tamaños de lingotes, poblaciones de defectos, tensiones residuales y estructuras de costes. Si el método de crecimiento no es importante desde el punto de vista funcional, suele ser mejor definir la calidad óptica e interna requerida en lugar de restringir el proceso.
Concentración y color del cromo
La concentración de cromo influye en el color, la absorción y la fluorescencia del rubí. Descripciones como “rosa claro”, “rojo estándar” o “rubí oscuro” son subjetivas y pueden variar según el proveedor y el lote de producción.
Para un componente óptico funcional, especifica uno o varios de los siguientes elementos:
- Rango de concentración de cromo o Cr₂O₃
- Transmisión mínima en la longitud de onda de funcionamiento
- Curva de transmisión completa en un rango de longitudes de onda definido
- Variación de color permitida
- Muestra física de color aprobada
- Gama de colores CIE L*a*b* con condiciones de medición
- Variación máxima dentro de una ventana
- Variación máxima entre lotes
En la mayoría de las aplicaciones ópticas, un requisito de transmisión medido resulta más útil que una descripción visual del color.
Calidad del material interno
En función de la aplicación, define los criterios de aceptación para:
- Burbujas
- Inclusiones
- Defectos de crecimiento
- Estrías
- Distribución por colores
- Birrefringencia por tensión
- Límites cristalinos
- Variación de la transmisión local
- Homogeneidad del índice de refracción
Se deben especificar la zona de inspección y el método de iluminación. Una inspección visual superficial no equivale a un ensayo de homogeneidad interferométrico.
4. Especificar la orientación del cristal
El rubí es un cristal anisotrópico y birrefringente. Por lo tanto, la orientación del cristal puede influir en el comportamiento de la polarización, el índice de refracción, el rendimiento del frente de onda y la respuesta a la tensión.
Un estudio del NIST sobre una muestra concreta de rubí cultivado mediante el método Czochralski reveló unos índices de refracción ordinario y extraordinario de 1,76569 y 1,75759 a 643,8 nm. Estos valores específicos de la muestra ilustran por qué la orientación del cristal puede ser importante en aplicaciones de precisión. Estudio del NIST sobre las constantes fotoelásticas del rubí
Entre los posibles requisitos de orientación se incluyen:
- Eje C perpendicular a las caras ópticas
- Eje C paralelo a las caras ópticas
- Orientación en el plano A o en el plano R
- Dirección personalizada del eje con respecto a una superficie plana mecánica
- Tolerancia de orientación, como ±0,5° o ±1°
Si la ventana es únicamente una cubierta protectora que no permite la formación de imágenes, puede que no sea necesario un control estricto de la orientación. En el caso de la luz polarizada, los sistemas de formación de imágenes, la interferometría o las aplicaciones láser, se debe revisar cuidadosamente la orientación.
5. Definir los requisitos de pulido
La expresión “pulido ópticamente” no es lo suficientemente precisa por sí sola. La especificación debería explicar qué superficies se pulen y cómo se evaluará la calidad del pulido.
Pulido por una o dos caras
La mayoría de las ventanas de rubí de alta transmitancia requieren que ambas caras ópticas estén pulidas. El pulido de una sola cara puede ser aceptable cuando una de las caras se ha rectificado, unido o se utiliza únicamente como referencia mecánica de forma intencionada.
Una nota de dibujo habitual es:
Superficie 1 y Superficie 2: pulido óptico por ambas caras
Si las dos partes tienen requisitos diferentes, identifícalos por separado como S1 y S2.
Rugosidad superficial
La rugosidad superficial describe la textura microscópica, más que los arañazos visibles o la planitud general de la superficie. Una rugosidad excesiva aumenta la luz dispersa y puede reducir el rendimiento en los sistemas de imagen y láser.
Especifica:
- Valor Ra o Rq
- Valor máximo permitido
- Instrumento de medición
- Longitud de escaneo o área de evaluación
- Condiciones de frecuencia espacial o de filtrado, cuando son críticas
- Si el requisito se aplica a la apertura útil
Entre los requisitos ilustrativos pueden figurar:
- Rq ≤ 2 nm para una ventana de visualización óptica general
- Rq ≤ 1 nm para su uso en sensores de precisión o en aplicaciones de imagen
- Rq ≤ 0,5 nm para aplicaciones láser con baja dispersión o exigentes
El valor correcto depende de la longitud de onda y de la sensibilidad del sistema. ISO 10110-8:2019 establece las normas para indicar la textura óptica de las superficies.
Planitud
La planitud describe la forma de una superficie concreta en lo que respecta a las bajas frecuencias espaciales. Debe incluir:
- Error máximo de forma de la superficie
- Apertura libre o área de prueba
- Longitud de onda de prueba
- Si la alimentación está incluida o no
- Método de medición y presentación de informes
Algunos ejemplos son:
Planicidad de la superficie: ≤λ/2 a 632,8 nm en toda la apertura útil
o bien:
Desviación de la forma de la superficie: ≤150 nm PV en la apertura útil
La corriente ISO 10110-5:2026 utiliza los nanómetros como unidad preferida para la desviación de la forma de la superficie. Si la planitud se especifica en ondas o franjas, debe indicarse la longitud de onda de referencia.
Paralelismo y cuña
El paralelismo define la relación angular entre las dos superficies pulidas. Un paralelismo insuficiente puede provocar:
- Desviación del haz
- Desplazamiento de la imagen
- Error de enfoque
- Trayectoria óptica irregular
- Problemas de alineación
Por el contrario, algunos sistemas ópticos requieren deliberadamente una pequeña cuña para separar los reflejos fantasma.
Entre los requisitos se incluyen, por ejemplo:
Paralelismo: ≤1 minuto de arco
o bien:
Ángulo de la cuña: 30 ±5 segundos de arco; la dirección de la cuña está marcada en el borde
No solicites a la vez “superficies paralelas” y una cuña deliberada sin aclarar cuál de los dos requisitos tiene prioridad.
6. Definición de la calidad de la superficie óptica
La calidad de la superficie se refiere a imperfecciones localizadas, como arañazos, picaduras y hendiduras. Es diferente de la rugosidad y la planitud de la superficie.
Entre los grados habituales de «scratch-dig» se incluyen:
- 60-40 para ventanas ópticas comerciales o de protección
- 40-20 para óptica de precisión general
- 20-10 para componentes exigentes de imagen o láser
- 10-5 para sistemas ópticos de alta sensibilidad
Estos grados deben considerarse puntos de partida que dependen de la aplicación. Especificar 10-5 cuando basta con 40-20 puede aumentar considerablemente los costes de pulido e inspección.
Un plano no debe limitarse a indicar “40-20”. Debe especificar la norma de inspección aplicable o el método de comparación acordado de mutuo acuerdo.
ISO 10110-7:2017 aborda las imperfecciones superficiales localizadas, los arañazos largos y las mellas en los bordes dentro de una zona de ensayo definida. No debe darse por sentado que los sistemas ISO y los sistemas tradicionales de arañazo y excavación sean directamente intercambiables sin un método de inspección acordado.
Indique también si el requisito de calidad de la superficie se aplica a:
- La superficie totalmente pulida
- Solo la apertura útil
- Superficies recubiertas tras el recubrimiento
- Ambas partes por separado
- Defectos internos y superficiales
7. La planitud no es lo mismo que el frente de onda transmitido
Una ventana puede presentar una planitud superficial aceptable en cada una de sus caras y, aun así, provocar un error de frente de onda inaceptable debido a:
- Variación del espesor
- Curvatura irregular de la superficie
- Desuniformidad del material
- Tensión residual
- Orientación cristalina
- Birrefringencia
- Estrés acumulado
Para la obtención de imágenes, la interferometría o la transmisión de un rayo láser colimado, especifique directamente la deformación del frente de onda transmitido.
Un ejemplo es:
Error de frente de onda transmitido: ≤λ/2 PV a 632,8 nm en toda la apertura útil
En el caso de sistemas más exigentes, el error de frente de onda RMS puede resultar más útil que un valor PV. Deben indicarse la longitud de onda de medición, la polarización, la apertura, las condiciones de montaje y si se ha eliminado la inclinación o la potencia.
ISO 10110-14:2018 define las indicaciones de dibujo para la deformación del frente de onda transmitido o reflejado.
8. Especificar la transmisión espectral
El rubí no debe considerarse un zafiro incoloro con un aspecto rojizo. El cromo provoca una absorción y una fluorescencia que dependen de la longitud de onda, por lo que es necesario definir las características espectrales en función de la aplicación concreta.
Los requisitos completos de transmisión deben incluir:
- Longitud de onda de funcionamiento o rango de longitudes de onda
- Transmisión mínima, media o nominal
- Transmisión interna o externa
- Espesor de la ventana una vez montada
- Ángulo de incidencia
- Polarización, cuando sea pertinente
- Temperatura de prueba, si el rendimiento depende de la temperatura
- Resolución de medición
- Aceptación en toda la apertura o en puntos seleccionados
Por ejemplo:
Transmisión externa: ≥X% a 694 nm, medida con incidencia normal a través de la ventana acabada de 3,00 mm de espesor
o bien:
Proporcione una curva de transmisión externa medida en el intervalo de 400 a 900 nm para cada lote de producción.
Transmisión interna frente a externa
La transmisión externa incluye la reflexión en ambas interfaces entre el aire y el rubí. La transmisión interna excluye estas pérdidas por reflexión superficial.
El rubí tiene un índice de refracción relativamente alto. Si se utiliza un índice de refracción aproximado de 1,76, la reflexión de Fresnel con incidencia normal es de aproximadamente 7,6% en cada interfaz con el aire sin recubrimiento. Por lo tanto, ni siquiera una ventana sin recubrimiento y de baja absorción proporcionará una transmisión externa del 100%. La absorción del cromo reduce aún más la transmisión en las bandas espectrales afectadas.
Aclara siempre si un valor de aceptación se refiere a una transmisión interna o externa.
Aspectos relacionados con la fluorescencia
El rubí puede emitir una intensa fluorescencia roja cuando se excita a longitudes de onda adecuadas. Esto puede resultar útil en aplicaciones de detección o relacionadas con el láser, pero también puede generar un fondo no deseado en sistemas de imagen o detección.
Si la fluorescencia pudiera afectar al sistema, define:
- Longitud de onda de excitación
- Banda de detección
- Intensidad de fluorescencia permitida
- Requisitos relativos al tiempo de desintegración
- Concentración de cromo
- Geometría de medición
9. Decidir si es necesario un recubrimiento óptico
Un recubrimiento antirreflectante puede mejorar la transmisión externa y reducir las imágenes fantasma, pero dicho recubrimiento debe estar diseñado para las condiciones reales de funcionamiento.
Facilita la siguiente información:
- Recubrimiento en la superficie S1, la superficie S2 o en ambas superficies
- Longitud de onda central o rango de longitudes de onda
- Reflectancia media o máxima requerida
- Transmisión mínima requerida
- Ángulo de incidencia
- Polarización
- Temperatura de funcionamiento
- Humedad y exposición a sustancias químicas
- Requisitos de abrasión o limpieza
- Potencia del láser y parámetros del pulso, si procede
Ejemplo:
Recubrimiento BBAR en ambas caras, reflectancia media ≤0,51 TP3T entre 650 y 750 nm con un ángulo de incidencia de 0°
En el caso de láseres de alta potencia, indique también la longitud de onda, la duración del pulso, la frecuencia de repetición, el diámetro del haz y la fluencia máxima, de modo que se pueda especificar un umbral adecuado de daño inducido por láser.
10. Incluir el entorno operativo
Una misma ventana de rubí puede requerir un diseño diferente en función de cómo se instale y se utilice.
Una solicitud de presupuesto debe incluir:
- Temperaturas mínimas y máximas de funcionamiento
- Ciclos térmicos
- Gradientes de temperatura
- Nivel de vacío
- Presión interna y externa
- Humedad
- Exposición al agua o al vapor
- Ácidos, álcalis o productos químicos de limpieza
- Niebla salina
- Polvo y partículas abrasivas
- Impacto mecánico
- Vibración
- Exposición a la radiación
- Exposición a los rayos UV al aire libre
- Vida útil requerida
La información sobre el montaje es especialmente importante. Una fuerza de sujeción excesiva, un contacto puntual demasiado duro o un adhesivo inadecuado pueden provocar tensiones y distorsiones en el frente de onda, incluso cuando la ventana sin montar cumple con sus especificaciones ópticas.
11. Inspecciones y documentación recomendadas
El programa de inspección debe ajustarse a la función y al nivel de riesgo del componente.
La documentación disponible puede incluir:
- Certificado de materiales
- Informe sobre la concentración de cromo
- Certificado de orientación cristalina
- Informe de inspección dimensional
- Inspección de la calidad de la superficie
- Informe sobre la rugosidad de la superficie
- Interferograma de planitud
- Interferograma de frente de onda transmitido
- Curva de transmisión espectral
- Informe sobre el rendimiento del recubrimiento
- Ensayo de adherencia o durabilidad del recubrimiento
- Inspección de birrefringencia por tensión
- Informe de inspección del primer artículo
- Trazabilidad de los lotes
- Números de serie individuales
- Certificado de conformidad
Solicitar todos los informes para una simple ventana protectora puede suponer un coste innecesario. Sin embargo, en el caso de los conjuntos ópticos críticos, los datos de medición específicos de cada lote pueden reducir el riesgo de la cualificación.
Ejemplo de especificación de una ventana óptica Ruby
El siguiente ejemplo puede adaptarse a un prototipo de solicitud de presupuesto:
| Parámetro | Ejemplo de requisito |
| Material | Rubí sintético monocristalino, Cr³⁺₂O₃ |
| Forma | Ventana circular plano-plano |
| Diámetro | Ø 25,00 ± 0,05 mm |
| Espesor | 3,00 ± 0,05 mm |
| Apertura útil | Ø 22,00 mm, centrado |
| Orientación cristalina | Eje C perpendicular a las caras ópticas con una tolerancia de ±0,5°, si es necesario |
| Pulido | Ambas caras ópticas pulidas |
| Calidad de la superficie | 40-20 «scratch-dig» según la norma de inspección acordada |
| Rugosidad superficial | Rq ≤ 1,0 nm en toda la apertura útil |
| Planitud de la superficie | ≤λ/2 a 632,8 nm en toda la apertura útil |
| Paralelismo | ≤1 minuto de arco |
| Frente de onda transmitido | Especificar si lo requiere el sistema óptico |
| Requisitos espectrales | Transmisión externa ≥[valor]% a [longitud de onda] |
| Recubrimiento | Sin recubrimiento, o especificar el rango de recubrimiento AR y la reflectancia |
| Borde | Chaflán protector de 0,20–0,30 mm × 45° |
| Chips Edge | No hay fragmentos en la apertura clara; el límite exterior de la apertura queda por definir |
| Medio ambiente | Condiciones de temperatura, presión, vacío y exposición a sustancias químicas |
| Cantidad | Cantidad de prototipos y volumen anual previsto |
| Documentación | Certificado de materiales e informe de inspección dimensional |
Los valores numéricos anteriores son ejemplos, no recomendaciones generales. Las tolerancias definitivas deben seleccionarse en función de la función óptica, el diseño del montaje y el presupuesto destinado a la inspección.
Errores habituales en las solicitudes de presupuesto
Especificar únicamente el diámetro y el espesor
Una solicitud como “ventana de rubí, Ø25 × 3 mm, pulida” no especifica el tipo de material, las tolerancias, la abertura ni las prestaciones ópticas.
Utilizar el color como único requisito de transmisión
“El término ”rojo oscuro» es subjetivo. Especifica una curva de transmisión, un requisito específico de longitud de onda o una muestra de referencia homologada.
Considerar el rubí como un zafiro incoloro estándar
El rubí tiene el mismo material base que el corindón, pero el cromo modifica la absorción y la fluorescencia. No se debe utilizar la curva de transmisión de un zafiro incoloro para homologar una ventana de rubí.
Confundir la calidad de la superficie con la rugosidad
El requisito de rascado y excavación 40-20 controla los defectos localizados visibles. El requisito Rq controla la textura microscópica de la superficie. Ninguno de los dos sustituye al otro.
Confundir la planitud con el frente de onda transmitido
La planitud determina la forma de cada superficie. El frente de onda transmitido evalúa el efecto óptico de la ventana en su conjunto.
Sin tener en cuenta la apertura útil
Si no se define una apertura clara, es posible que el proveedor inspeccione una zona distinta a la que utiliza el sistema óptico.
Omisión de la longitud de onda de ensayo
Un valor de planitud o de frente de onda expresado únicamente como “λ/4” es incompleto. Es necesario especificar la longitud de onda.
Elegir la tolerancia más estricta disponible para cada parámetro
Los requisitos extremadamente estrictos en cuanto a dimensiones, pulido y calidad de la superficie pueden reducir drásticamente el rendimiento de la producción. Ajuste únicamente los parámetros que afectan al rendimiento del sistema.
¿Qué factores influyen en el precio de las ventanas ópticas de rubí?
Entre los principales factores que influyen en los costes se encuentran:
- Diámetro de la ventana y uso de los materiales
- Espesor final y relación de aspecto
- Color rubí o concentración de cromo
- Método de crecimiento de cristales
- Requisito de orientación cristalina
- Límites de defectos internos y de homogeneidad
- Tolerancias de diámetro y espesor
- Planitud de la superficie
- Frente de onda transmitido
- Rugosidad superficial
- Nivel de excavación superficial
- Paralelismo o tolerancia de cuña
- Recubrimiento óptico a medida
- Pruebas medioambientales
- Informes de inspección individuales
- Cantidad de prototipos y volumen anual
Las ventanas de rubí de gran diámetro y poco espesor pueden suponer un reto especial, ya que requieren un manejo cuidadoso durante los procesos de esmerilado, pulido y recubrimiento.
Preguntas frecuentes
¿Una ventana óptica de rubí es lo mismo que una ventana de zafiro?
El rubí y el zafiro comparten la estructura cristalina del corindón (Al₂O₃). El rubí contiene cromo, lo que le confiere su color rojo, su absorción óptica y su fluorescencia. Aunque sus características mecánicas pueden ser similares, no debe darse por sentado que sus propiedades espectrales sean idénticas.
¿Puedo identificar la ventana únicamente por su color rojo?
El color visual por sí solo no es suficiente para que un componente óptico sea funcional. Especifica la concentración de cromo, una curva de transmisión, la transmisión específica para cada longitud de onda o un rango de color controlado.
¿Hay que pulir ambas superficies?
Normalmente, ambas superficies se pulen ópticamente cuando la pieza transmite un haz de imagen o un haz colimado. Una sola superficie pulida puede ser suficiente para determinadas aplicaciones de unión o que no requieran imagen.
¿La calidad de superficie 20-10 es siempre mejor que la 40-20?
Se trata de un requisito más estricto en cuanto a aspectos estéticos y defectos, pero no siempre es necesario. Una ventana protectora puede funcionar perfectamente con una calidad de 40-20 o 60-40. El grado adecuado depende del tamaño del haz, la ubicación del plano de imagen, la potencia del láser y la sensibilidad del sistema.
¿Cómo debo elegir el grosor?
Hay que tener en cuenta el diferencial de presión, la abertura sin soporte, el diseño de montaje, la temperatura, el factor de seguridad y la absorción óptica. Las ventanas de presión críticas para la seguridad deben evaluarse mediante un análisis mecánico, en lugar de aplicar una regla genérica basada en la relación entre diámetro y espesor.
¿Tiene una ventana de rubí sin recubrimiento una alta transmisión?
La transmisión externa se ve reducida tanto por la absorción del cromo como por la reflexión de Fresnel en las dos superficies de alto índice. Si se requiere una mayor transmisión en una longitud de onda concreta, puede ser necesario aplicar un recubrimiento antirreflectante (AR).
¿Qué información adicional se necesita para una solicitud relacionada con el láser?
Indica la longitud de onda, la potencia o la energía del pulso, la duración del pulso, la frecuencia de repetición, el diámetro del haz, la polarización, el ángulo de incidencia, la calidad de frente de onda requerida y el umbral de daño inducido por láser. Aclara también si el rubí es una ventana pasiva o un medio láser activo.
Conclusión
Una especificación fiable de una ventana óptica de rubí debe establecer un vínculo entre el plano mecánico y la función óptica real. El diámetro y el grosor solo definen la geometría básica. La orientación del cristal, la concentración de cromo, la calidad del pulido, la apertura útil, la planitud, el frente de onda transmitido, la transmisión espectral y el recubrimiento determinan si la ventana acabada funcionará en el sistema previsto.
Para obtener un presupuesto preciso, envía al proveedor:
- Un plano acotado
- Requisitos relativos al material y a la orientación
- Longitud de onda de funcionamiento
- Apertura útil
- Requisitos de pulido y calidad de la superficie
- Objetivos de transmisión o recubrimiento
- Entorno operativo
- Requisitos de inspección
- Cantidades de prototipos y de producción
Si aún hay algunos parámetros por determinar, indique la aplicación, el diseño de montaje y el objetivo de rendimiento óptico. De este modo, el fabricante podrá recomendar tolerancias viables para la producción sin añadir costes innecesarios.