사파이어 창 사파이어는 광학 기기, 반도체 공정 장비, 고압 뷰포트, 적외선 시스템, 센서 보호 커버 및 가혹한 환경의 이미징 시스템 등에 널리 사용됩니다. 사파이어가 널리 사용되는 이유는 높은 경도, 기계적 강도, 화학적 안정성 및 넓은 광학 투과 범위를 갖추고 있기 때문입니다.
그러나 사파이어 창문의 성능은 재료만으로 결정되는 것은 아닙니다. 동일한 등급의 사파이어로 제작되고 치수도 같은 두 개의 창문이라도, 표면 품질, 평탄도 또는 평행도 사양이 다르면 성능이 크게 달라질 수 있습니다.
엔지니어와 조달 팀에게 있어 다음 세 가지 요소가 특히 중요합니다:
- 긁어 파기
- 표면 평탄도
- 병렬 처리
이러한 매개변수들은 광학 품질의 다양한 측면을 나타냅니다. 스크래치-디그(scratch-dig)는 국부적인 외관 결함을 관리하고, 평탄도(flatness)는 광학 표면의 전반적인 형상을 관리하며, 평행도(parallelism)는 두 주요 표면 간의 각도 관계를 관리합니다.
이미징, 레이저, 센서, 진공, 반도체 및 정밀 광학 분야에 사파이어 창을 선정할 때는 이들 간의 차이점을 이해하는 것이 필수적입니다.
1. 사파이어 윈도우에서 표면 품질이 중요한 이유
사파이어 창은 일반적으로 두 가지 기능을 수행합니다. 첫째, 기계적 또는 환경적 보호 기능을 제공합니다. 둘째, 허용 가능한 수준의 왜곡, 산란 및 반사만 발생시키면서 빛이 통과하도록 합니다.
표면 결함이나 형상 오차는 두 기능 모두에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
흠집이나 함몰은 빛을 산란시켜 미광을 증가시키고 부품의 시각적 품질을 저하시킬 수 있습니다. 평탄도가 불량하면 투과된 파면이 왜곡될 수 있습니다. 평행도가 불충분하면 빔 편차, 이미지 변위 또는 원치 않는 간섭 현상이 발생할 수 있습니다.
이러한 문제는 다음과 같은 분야를 다루는 애플리케이션에서 더욱 두드러지게 나타납니다:
- 코히어런트 레이저 빔
- 고해상도 영상 촬영
- 간섭계 측정
- 좁은 광학 시야
- 고출력 조명
- 정밀 정렬
- 여러 개의 광학 표면
- 높은 수차수 시스템
산업용 카메라용 사파이어 보호 커버는 간섭계나 레이저 공진기에 사용되는 사파이어 창과 동일한 광학적 품질을 요구하지 않을 수 있습니다. 따라서 표면 사양은 항상 창의 실제 기능에 따라 선정해야 합니다.
2. 스크래치-디그: 국소적인 표면 결함 평가
스크래치-디그(Scratch-dig)는 광학 부품의 가시 표면 품질을 규정하는 데 가장 널리 사용되는 방법 중 하나입니다.
이 용어는 국소적인 결함의 두 가지 범주를 지칭합니다:
- 스크래치: 광택 처리된 표면에 길쭉한 결함이나 자국
- Digs: 국소적인 함몰, 핀홀, 기포, 내포물 또는 작은 원형 결함
스크래치-디그(Scratch-dig) 검사는 일반적으로 MIL-PRF-13830에 설명된 비교 기반 시스템과 관련이 있습니다. 본 사양은 윈도우, 렌즈, 프리즘 및 미러를 포함한 완제품 광학 부품의 제조 및 검사를 다룹니다.
ISO 10110-7은 정의된 시험 영역 내에서 허용 가능한 표면 결함을 규정하기 위한 또 다른 국제적으로 인정받는 체계를 제시합니다. 이 표준은 개별 광학 요소 및 조립품의 국소적 결함, 모서리 칩 및 긴 흠집을 다룹니다.
MIL 방식의 스크래치-디그 표기법과 ISO 표면 결함 표기법은 서로 동일한 체계가 아니라는 점을 인식하는 것이 중요합니다. 따라서 도면이나 구매 주문서에는 어떤 표준과 검사 방법이 적용되는지 명시해야 합니다.
3. 스크래치-디그 사양서 읽는 법
일반적인 스크래치-디그 조건은 다음과 같이 표현될 수 있습니다:
60-40
첫 번째 숫자는 허용되는 스크래치 지정 범위를 나타내며, 두 번째 숫자는 허용되는 파기 지정 범위를 나타냅니다.
일반적인 사양은 다음과 같습니다:
| 스크래치-디그 등급 | 전반적인 품질 수준 | 일반적인 애플리케이션 |
|---|---|---|
| 80-50 | 상업용 품질 | 보호 커버, 일반 관찰창 |
| 60-40 | 표준 광학 품질 | 산업용 광학, 센서, 일반 이미징 |
| 40-20 | 정밀한 광학 품질 | 과학 기기, 고해상도 영상 |
| 20-10 | 고정밀 품질 | 레이저 시스템, 간섭계, 고성능 이미징 |
| 10-5 | 매우 뛰어난 광학 성능 | 전문 레이저 및 계측 시스템 |
일반적으로 숫자가 작을수록 표면 품질에 대한 요구 사항이 더 엄격함을 의미합니다.
그러나 이러한 수치를 모든 결함의 정확한 물리적 폭과 직경으로 무조건 해석해서는 안 된다. 기존의 비교 방식에 기반한 스크래치-디그 시스템에서는, 주로 통제된 조명 및 관찰 조건 하에서 기준 표준품과의 비교를 통해 스크래치를 평가한다.
따라서 스크래치-디그 검사는 직접적인 표면 거칠기 측정이라기보다는 부분적으로 육안 검사나 비교 검사의 성격을 띠고 있다.
4. 스크래치-디그(Scratch-Dig)는 표면 거칠기와 동일하지 않다
스크래치-디그와 표면 거칠기는 종종 혼동되곤 하지만, 이는 서로 다른 표면 특성을 나타냅니다.
스크래치-디그(Scratch-dig)는 다음과 같은 고립된 결함을 평가합니다:
- 스크래치 연마
- 취급 표시
- 작은 구멍들
- 가장자리 관련 결함
- 코팅 결함
- 국소적 내포물
표면 거칠기는 연마된 표면 전체에 걸쳐 미세하고 밀집된 변동을 나타냅니다. 일반적으로 다음과 같은 매개변수를 사용하여 표현됩니다:
- 라
- Rq
- RMS 거칠기
사파이어 창은 표면 거칠기가 낮더라도 눈에 띄는 흠집이 하나 있을 수 있습니다. 반대로, 표면에 큰 흠집이 없는 것처럼 보일지라도 광산란을 증가시키는 미세한 거칠기가 있을 수 있습니다.
레이저, 자외선 및 단파장 응용 분야의 경우, 스크래치-디그와 표면 거칠기 모두를 제어해야 할 수 있습니다.
5. 스크래치-디그가 광학 성능에 미치는 영향
표면 결함은 산란, 회절 및 국부 반사를 통해 입사광과 상호작용할 수 있다.
일반적인 이미징 응용 분야에서, 소수의 사소한 표면 결함은 화질에 측정 가능한 영향을 거의 미치지 않을 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 광학 시스템에 낮은 미광이나 높은 명암비가 요구될 때는 이러한 결함이 중요한 문제가 될 수 있습니다.
레이저 시스템에서 국소적 결함은 다음과 같은 이유로 더 심각한 문제를 야기할 수 있습니다:
- 코히어런트 빛을 산란시키다
- 원치 않는 회절 패턴 생성
- 배경 소음을 높이기
- 지역 흡수 시설 조성
- 코팅된 표면의 레이저 내손상성을 낮추다
- 높은 광 출력 하에서 발열에 기여
실제 효과는 결함의 크기, 위치, 조명 파장, 광학 출력 및 시스템 내 창(window)의 위치에 따라 달라집니다.
투과 개구부 가장자리 근처에 있는 결함은 광학 경로의 중심에 위치한 동일한 결함보다 중요도가 낮을 수 있습니다. 따라서 도면에서는 물리적 표면 전체에 무분별하게 동일한 요구 사항을 적용하기보다는, 투과 개구부 또는 유효 시험 영역을 명확히 정의해야 합니다.
6. 표면 평탄도: 창문의 형상 제어
평탄도는 광학 표면이 이상적인 평면으로부터 얼마나 벗어나 있는지를 나타냅니다.
사파이어 창이 육안으로는 평평해 보일지라도, 그 표면에는 다음과 같은 물질이 소량 포함되어 있을 수 있습니다:
- 곡률
- Bow
- 전력
- 부정규성
- 에지 롤오프
- 국부적 파동성
ISO 10110-5는 광학 도면에 허용 가능한 표면 형상 편차를 표시하기 위한 규칙을 규정하고 있습니다. 현행 ISO 체계에서는 표면 형상 공차를 나노미터와 같은 물리적 단위로 표기할 수 있으며, 기준 파장이 명확하게 명시된 경우에는 간섭무늬 기반의 규격도 사용할 수 있습니다.
평탄도는 종종 파장의 분수나 배수로 명시되며, 예를 들면 다음과 같습니다:
- 2λ
- 1λ
- λ/2
- λ/4
- λ/10
파장은 일반적으로 632.8 nm 부근의 헬륨-네온 레이저 파장을 기준으로 삼지만, 파장 사양이 나타내는 물리적 편차는 시험 파장에 따라 달라지기 때문에 이를 명시적으로 밝혀야 합니다.
예를 들어, 632.8 nm에서 λ/4인 평탄도 사양은 동일한 파장에서 λ/2인 경우보다 물리적으로 더 엄격한 허용 오차를 의미합니다.
7. λ/4 평탄도란 실제로 무엇을 의미할까요?
평탄도가 λ/4로 지정된 경우, 그 해석은 측정 설정과 해당 값이 표면 편차를 의미하는지 아니면 반사 파면 편차를 의미하는지에 따라 달라져야 한다.
반사 측정의 경우, 빛이 표면까지 이동했다가 다시 되돌아오기 때문에 광경로 차이는 물리적 표면 높이 오차의 약 2배가 될 수 있습니다. 이러한 차이 때문에 설계자, 공급업체 및 검사 부서 간에 사양을 교환할 때 혼동이 발생할 수 있습니다.
따라서, 완전한 평탄도 요구사항에는 이상적으로 다음이 포함되어야 합니다:
- 허용 평탄도 값
- 기준 파장
- 측정 개구부
- 해당 값이 표면 형상을 의미하는지, 아니면 파면 오차를 의미하는지
- 평가 방법
- 제외된 가장자리 영역
이러한 세부 사항이 없다면, 두 검사팀이 동일한 λ 기반 요구 사항을 서로 다르게 해석할 수 있습니다.
8. 사파이어 창면의 평탄도 측정 방법
평탄도는 일반적으로 광학 간섭계를 사용하여 측정합니다.
일반적인 시험에서는 사파이어 표면을 교정된 기준 평면과 비교합니다. 단색광이 시험 표면과 기준 표면에서 반사되면 간섭 무늬가 형성됩니다.
이 간섭무늬의 모양과 간격은 표면 간의 차이를 나타냅니다.
일직선으로 균일한 간격을 두고 나타나는 간섭무늬는 일반적으로 각도나 간격의 차이가 비교적 균일함을 나타냅니다. 곡선형이거나 불규칙한 간섭무늬는 표면 형상 오차를 나타냅니다.
NIST는 표준 평면체와의 직접 간섭계 비교에 기반한 광학 평면체 교정 방법과 절대 3평면체 방법을 설명하고 있습니다. 이러한 기법들은 정밀 평탄도 검사에서 기준 표면의 정확도, 지지 조건 및 측정 설정이 왜 중요한지를 보여줍니다.
최신 위상 변이 간섭계는 전체 표면 지도를 생성하고 다음과 같은 값을 계산할 수 있습니다:
- 정점-저점 편차
- RMS 표면 오차
- 전력
- 부정규성
- 난시
- 국부적 표면 변형
투명한 사파이어 창유사의 경우, 전면과 후면 표면 모두에서 발생하는 반사로 인해 측정이 복잡해질 수 있습니다. 측정 대상 표면을 분리하기 위해서는 적절한 측정 기하 구조, 표면 간 거리 설정, 파장 선택 또는 데이터 처리 방법이 필요할 수 있습니다.
9. 평탄도 측정에 영향을 미치는 요인
평탄도는 단순히 제조상의 특성일 뿐만 아니라, 검사 환경의 영향도 받을 수 있습니다.
주요 요인으로는 다음이 있습니다:
지원 방법
얇은 사파이어 창은 자체 중량이나 클램핑 압력으로 인해 변형될 수 있습니다. 견고한 고정 장치 위에서 측정할 경우, 자유롭게 놓여 있거나 가볍게 지지된 상태에서 측정했을 때와는 다른 결과가 나올 수 있습니다.
온도
온도 구배로 인해 일시적인 변형이 발생할 수 있습니다. 또한 사파이어는 이방성 물질을 가지고 있어, 일부 물리적 특성은 결정학적 배향에 따라 달라집니다.
표면 청결도
창과 시험 장치 사이에 있는 먼지, 기름, 지문 또는 입자는 간섭 무늬에 영향을 미칠 수 있습니다.
클리어 조리개
가장자리 부분은 연마하기가 더 어려운 경우가 많으며, 롤오프 현상이 나타날 수 있습니다. 따라서 전체 직경에 걸친 평탄도 측정 결과는 광학 유효 개구부에서만 측정된 결과와 상당히 다를 수 있습니다.
도막 응력
반사 방지 코팅이나 기타 기능성 코팅은, 특히 얇은 창유리의 경우, 최종 표면 형태를 변화시키는 응력을 유발할 수 있습니다.
까다로운 용도의 경우, 해당되는 경우 코팅 공정을 포함하여 모든 주요 제조 공정이 완료된 후 평탄도를 확인해야 합니다.
10. 평탄도가 광학 성능에 미치는 영향
평탄도가 낮은 창은 약한 렌즈나 왜곡된 광학 소자와 같은 역할을 합니다.
변형 없이 통과하는 대신, 전파된 파면은 다음과 같은 특성을 띠게 될 수 있습니다:
- 초점 흐림
- 난시
- 고차 수차
- 국부적 파면 왜곡
- 이미지 흐림
- 위상 불균일성
전송되는 파면 오차는 하나의 표면의 평탄도뿐만 아니라 여러 요인에 따라 달라집니다. 다음 요인들이 영향을 미칩니다:
- 전면 형상
- 후면 형상
- 굴절률
- 두께 편차
- 병렬 처리
- 재료의 균일성
- 결정 방향
- 점점 커지는 스트레스
이러한 이유로, 일부 정밀 시스템에서는 개별 표면의 평탄도보다 투과된 파면 오차가 더 의미 있는 사양일 수 있습니다.
부품에 비교적 평평한 표면이 두 개 있을 수 있지만, 표면이나 두께 분포, 또는 내부 굴절률 분포가 서로 불리하게 작용할 경우 광학적 왜곡이 발생할 수 있다.
11. 평행성: 두 표면 간의 관계
평행도는 사파이어 창문의 앞면과 뒷면이 서로 얼마나 밀접하게 평행을 이루는지를 나타냅니다.
다음과 같이 지정할 수 있습니다:
- 각도 편차
- 쐐기 각도
- 두께 편차
- 총 두께 편차
- 분각
- 호각
- 밀리라디안
- 마이크로라디안
완벽하게 평행한 창문의 쐐기각은 0입니다. 실제로는 시중에 판매되는 모든 창문에 어느 정도의 편차가 존재합니다.
일반적인 보호용 창문의 경우, 비교적 느슨한 평행도 공차가 허용될 수 있습니다. 정밀 레이저, 이미징 및 간섭계 시스템의 경우, 평행도를 몇 초각 이하로 제어해야 할 수도 있습니다.
12. 병렬 처리가 중요한 이유
광선이 평행한 창을 비스듬한 각도로 통과할 때, 광선은 횡방향으로 이동하게 된다. 두 표면이 평행하지 않을 경우, 이 창은 약한 프리즘처럼 작용하여 광선의 각도 편향을 일으킨다.
이로 인해 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:
- 빔 조준 오차
- 이미지 변위
- 정렬 변경 사항
- 조리개에 따른 초점 이동
- 색상 각도 편차
- 광학 경로 길이의 불균일성
- 창문을 서로 바꿔서 교체하기 어려움
레이저 시스템에서는 아주 작은 각도 오차라도 전파 거리가 길어지면 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 창에서 발생하는 미세한 빔 편차는 수 미터 떨어진 곳에서 훨씬 더 큰 위치 편차를 초래할 수 있습니다.
이미징 시스템에서 평행도는 매우 중요한데, 이는 웨지가 두 표면에서의 반사로 인해 이중 이미지나 고스트 변위를 일으킬 수 있기 때문이다.
13. 병렬 실행되는 Windows와 원치 않는 간섭
많은 응용 분야에서 높은 평행도가 바람직하지만, 극도로 평행한 표면도 약한 파브리-페로 에탈론을 형성할 수 있다.
두 표면 사이에서 발생하는 다중 반사가 간섭을 일으켜 다음과 같은 현상을 초래할 수 있습니다:
- 스펙트럼 간섭무늬
- 강도 변조
- 에탈론 효과
- 간섭 무늬
- 측정 불안정성
광대역 이미징의 경우, 이러한 영향은 무시할 수 있을 정도일 수 있습니다. 그러나 좁은 선폭을 가진 레이저, 분광학 또는 간섭계 시스템의 경우에는 이러한 영향이 상당해질 수 있습니다.
이러한 경우, 설계자들은 최대 평행도를 확보하기보다는 의도적으로 작은 쐐기를 지정하기도 합니다. 이 쐐기는 반사된 빔들을 분리하여, 이들이 간섭을 일으키며 겹치는 것을 방지합니다.
따라서 올바른 설계 요건이 항상 “가능한 한 높은 병렬도”인 것은 아닙니다. 광학 시스템에 가장 적합한 표면 관계가 바로 올바른 설계 요건입니다.
14. 병렬 처리 성능 측정 방법
병렬 처리는 여러 가지 방법을 통해 평가할 수 있다.
기계적 두께 측정
정밀 두께 측정기나 좌표 측정기를 사용하면 여러 위치에서 두께를 측정할 수 있습니다. 최대값과 최소값의 차이를 통해 전체 두께 편차를 알 수 있습니다.
이 방법은 제조 공정 제어에 유용하지만, 광학 표면 간의 각도 관계를 항상 완벽하게 제공해 주지는 않습니다.
간섭계 측정
간섭계 측정을 통해 전면 및 후면 표면의 상대적 형상을 높은 정밀도로 평가할 수 있습니다.
오토콜리메이터 측정
두 표면에서 반사된 빛을 오토콜리메이터를 통해 관찰할 수 있습니다. 반사된 이미지의 각도 차이를 통해 웨지 각도나 평행도를 확인할 수 있습니다.
광선 편향 측정
평행 빔이 창을 통과하면, 빔의 각도나 위치 변화를 측정합니다. 이 방법은 광학 경로에 대한 해당 부품의 영향을 직접 평가합니다.
선택한 방법은 해당 용도의 허용 오차 수준 및 기능적 요구 사항에 부합해야 합니다.
15. 평탄도와 평행도는 같은 것이 아니다
평탄도와 평행도는 서로 관련이 있지만 독립적인 개념입니다.
창에는 다음이 포함될 수 있습니다:
- 평행하지 않은 두 평면
- 둘 다 곡면인 두 개의 평행한 면
- 평평한 표면 하나와 뒤틀린 표면 하나
- 개별 표면의 평탄도는 양호하나, 투과 파면 오차는 허용 범위를 벗어남
쐐기 모양의 창을 생각해 보자. 두 표면 모두 매우 평평하게 연마할 수는 있겠지만, 서로에 대해 기울어져 있기 때문에 평행도는 떨어질 것이다.
반대로, 두 표면은 곡률이 비슷하면서도 모든 지점에서 대략 평행을 유지할 수 있다. 두 표면 모두 엄격한 평탄도 요건을 충족하지는 않더라도, 이러한 평행성은 허용 가능한 것으로 보일 수 있다.
따라서 두 매개변수 모두 기능적으로 중요한 경우에는 각각 별도로 지정해야 합니다.
16. 사파이어 윈도우의 일반적인 사양 수준
다음 값들은 보편적으로 인정되는 기준이라기보다는 일반적인 공학적 참고 자료로 제공되는 것입니다.
| 애플리케이션 수준 | 스크래치-디그 | 평탄도 | 병렬 처리 |
| 일반 보호용 창문 | 80 대 50 또는 60 대 40 | 2λ에서 1λ까지 | 몇 분각 |
| 산업용 광학 창 | 60-40 | 1λ에서 λ/2까지 | 1–3 분각 |
| 정밀 이미징 창 | 40-20 | λ/2에서 λ/4까지 | 1 분각 미만 |
| 레이저용 창 | 20-10 이상 | λ/4 ~ λ/10 | 아크초 수준의 제어 |
| 간섭계 응용 | 특정 용도용 | λ/10 이하 | 특정 용도용 |
적절한 사양은 직경, 두께, 종횡비, 유효 구경, 결정 배향, 코팅 상태 및 검사 방법에 따라 달라집니다.
크고 얇은 사파이어 창은 일반적으로 작고 두꺼운 창에 비해 제조하기가 더 어렵고, 극도로 엄격한 평탄도 공차에 맞춰 측정하기가 더 어렵습니다.
17. 과도한 사양 지정 피하기
조달 과정에서 가장 흔히 저지르는 실수 중 하나는 모든 매개변수에 대해 가능한 가장 엄격한 값을 요구하는 것입니다.
예를 들어, 구매자는 다음과 같이 명시할 수 있습니다:
- 10-5 스크래치-디그
- λ/10 평탄도
- 몇 아크초 정도의 평행도
- 매우 낮은 표면 거칠기
- 전체 개구부 검사
- 엄격한 치수 공차
이러한 창은 기술적으로는 가능할지 모르지만, 추가적인 연마, 간섭계 보정, 특수한 취급, 더 철저한 검사 과정이 필요할 수 있으며, 제조 수율도 낮아질 수 있습니다.
그 결과, 성능 면에서 유의미한 이점을 얻지 못한 채 비용과 리드 타임이 상당히 늘어날 수 있습니다.
더 나은 사양 수립 과정은 광학적 기능에서 시작됩니다:
- 파장 범위를 결정하십시오.
- 명시적 개구부를 정의하시오.
- 해당 창이 보호, 이미징, 레이저 투과 또는 계측 용도로 사용되는지 평가하십시오.
- 허용 가능한 빔 편차 또는 파면 오차를 계산하십시오.
- 미광이 중요한 문제인지 판단하십시오.
- 의도적으로 갈등을 조장할 필요가 있는지 고려해 보십시오.
- 시스템에서 요구하는 허용오차만 선택하십시오.
18. 사파이어 창 도면에 포함해야 할 중요 정보
완전한 기술 도면이나 견적 요청서에는 기본적인 직경과 두께 이상의 정보가 포함되어야 합니다.
추천 정보에는 다음이 포함됩니다:
- 외부 치수
- 명목 두께
- 두께 공차
- 사파이어 크리스탈의 배향
- 유효 구경
- 긁어 파기 요건
- 적용 가능한 표면 결함 기준
- 평탄도 요구 사항
- 기준 파장
- 평행도 또는 쐐기 공차
- 표면 거칠기
- 모서리 모따기 또는 베벨
- 에지 칩 허용치
- 코팅 유형
- 코팅 개구부
- 송신 파장 범위
- 환경 요건
- 검사 및 문서화 요건
또한 도면에는 평탄도와 표면 품질이 양쪽 표면 모두에 적용되는지, 아니면 광학 가공면에만 적용되는지 명시해야 합니다.
19. 용도에 따른 사양 선정
센서 보호 커버
산업용 센서, 카메라 또는 검출기에 사용되는 보호 커버의 경우, 극도로 엄격한 광학 공차보다 기계적 강도와 내구성이 더 중요할 수 있습니다.
이미지 해상도와 조리개 위치에 따라 60-40 또는 80-50 수준의 표면 품질 요건과 적당한 평탄도만으로도 충분할 수 있습니다.
고해상도 영상 촬영
이미징 시스템에서는 파면 왜곡과 웨지 현상이 화질을 저하시킬 수 있으므로, 표면 형상과 평행도를 더욱 정밀하게 제어해야 합니다.
40-20 스크래치-디그 및 λ/4 또는 λ/2 평탄도와 같은 사양이 적절할 수 있지만, 투과 파면 오차도 함께 고려해야 합니다.
레이저 창
레이저 응용 분야에서는 대개 엄격한 스크래치-디그 기준, 낮은 표면 거칠기, 적절한 코팅 품질 및 정밀한 평탄도 관리가 요구됩니다.
또한 설계자는 표면들이 평행해야 하는지, 아니면 의도적으로 쐐기 모양으로 만들어야 하는지 평가해야 합니다.
진공 및 고압 관찰창
기계적 두께와 장착 설계가 가장 중요한 고려 사항이지만, 뷰포트를 관측, 분광 분석 또는 레이저 접근 용도로 사용할 때는 광학적 품질 역시 여전히 중요합니다.
변형이 광학 성능에 영향을 미칠 수 있는 경우, 평탄도는 실제 장착 및 압력 조건 하에서 평가해야 합니다.
반도체 공정 장비
플라즈마, 증착, 에칭 또는 검사 장비에 사용되는 사파이어 창은 광학적 품질, 치수 정밀도, 청정도 및 화학 물질이나 플라즈마에 대한 내성을 모두 갖춰야 할 수 있습니다.
투과 구경, 코팅 내구성 및 허용 입자 발생량은 광학 공차와 함께 정의되어야 합니다.
20. 결론
스크래치-디그, 평탄도 및 평행도는 사파이어 윈도우 품질의 세 가지 서로 다른 측면을 나타냅니다.
스크래치-디그(Scratch-dig)는 흠집이나 함몰과 같은 국부적인 결함을 관리합니다. 평탄도는 각 광학 표면이 이상적인 평면으로부터 얼마나 벗어나 있는지를 관리합니다. 평행도는 전면 표면과 후면 표면 간의 각도 관계를 관리합니다.
이러한 매개변수들은 어느 것도 단독으로 평가되어서는 안 됩니다.
고성능 사파이어 창을 제작하려면 다음 사항을 고려한 균형 잡힌 사양이 필요합니다:
- 표면 결함
- 표면 형태
- 표면 거칠기
- 두께 편차
- 웨지
- 전파된 파면 오차
- 도장 성능
- 장착 조건
- 광학 파장
- 최종 신청
최고의 사파이어 창은 반드시 수치적 허용 오차가 가장 엄격한 제품이라고 할 수는 없습니다. 운영 시스템에 맞춰 광학적, 기계적, 치수적 요구 사항이 적절하게 충족된 제품이 바로 최고의 사파이어 창입니다.
적용 기준, 유효 구경, 측정 방법 및 기능적 한계를 명확히 정의함으로써, 엔지니어들은 조달 과정의 불확실성을 줄이고, 불필요한 제조 비용을 방지하며, 실제 작동 조건에서 신뢰할 수 있는 광학 성능을 제공하는 사파이어 윈도우를 확보할 수 있습니다.