Een maatwerkbestelling plaatsen optisch venster van robijn er is meer informatie nodig dan alleen de diameter en de dikte. Twee ramen met dezelfde nominale afmetingen kunnen heel verschillend presteren als ze verschillende chroomconcentraties, kristaloriëntaties, polijstgraden, normen voor oppervlaktekwaliteit of coatings hebben.
Synthetische robijn is met chroom gedoteerd aluminiumoxide, gewoonlijk aangeduid als Cr³⁺₂O₃. Het combineert de mechanische voordelen van de korundkristalstructuur met de kenmerkende optische absorptie en rode fluorescentie die door chroom worden veroorzaakt. In gepubliceerd onderzoek wordt robijn beschreven als met Cr³⁺ gedoteerd aluminiumoxide met een hoge hardheid, sterkte, thermische geleidbaarheid en chemische stabiliteit. Chroom verandert echter ook het spectrale gedrag in vergelijking met kleurloos saffier.
Daarom moet een goede specificatie voor een optisch venster van robijn niet alleen de fysieke afmetingen ervan vastleggen, maar ook:
- Materiaalkwaliteit en chroomgehalte
- Kristaloriëntatie
- Vrije opening
- Maattoleranties
- Oppervlaktepolijsten en ruwheid
- Vlakheid en doorgelaten golffront
- Parallelisme of wig
- Oppervlakteoneffenheden
- Spectrale transmissie
- Eisen aan de coating
- Bedrijfsomgeving
- Inspectie en documentatie
In deze handleiding wordt uitgelegd hoe u deze parameters kunt vaststellen en een volledige offerteaanvraag kunt opstellen voor prototypes of productiehoeveelheden.
Wat is een optisch venster van ruby?
Een optisch venster van robijn wordt doorgaans vervaardigd uit synthetisch monokristallijn robijn in plaats van uit natuurlijk edelsteenmateriaal. Robijn en saffier hebben dezelfde kristalstructuur van aluminiumoxide, maar robijn bevat chroomionen die zorgen voor de roze tot dieprode kleur en de kenmerkende absorptie- en fluorescentie-eigenschappen.
De term “robijnglas” wordt soms gebruikt bij algemene zoekopdrachten, maar dit kan misleidend zijn. Glas is amorf, terwijl synthetische robijn die voor precisie-optische componenten wordt gebruikt, doorgaans een kristallijn materiaal is. In een offerteaanvraag moet duidelijk worden vermeld of de eis luidt:
- Synthetische monokristallijne robijn
- Transparante polykristallijne robijn
- Robijnrood optisch glas
- Een kleurloos saffiervenster met een rode coating
Deze materialen zijn niet onderling uitwisselbaar.
Optische vensters van robijn kunnen worden gebruikt in beschermende kijkvensters, optische instrumenten, sensorafdekkingen, inspectiesystemen, drukapparatuur, wetenschappelijke apparaten en toepassingen waarbij selectie op golflengte plaatsvindt. Robijn wordt ook gebruikt als materiaal voor laserversterking, maar voor een passief robijnvenster en een robijnlaserkristal gelden verschillende specificaties.
Begin met het vaststellen van de functie van het raam
De applicatie bepaalt welke parameters de strengste controle vereisen.
| Vensterfunctie | Belangrijkste specificaties |
|---|---|
| Beschermkap of kijkvenster | Diameter, dikte, vrije opening, toestand van de randen, oppervlaktekwaliteit en weerbestendigheid |
| Beeldvenster of cameravenster | Vlakheid, doorgelaten golffront, wig, oppervlakteruwheid en spectrale transmissie |
| Rood spectraal- of visueel venster | Chroomconcentratie, dikte, kleuruniformiteit en gemeten transmissiecurve |
| Lasergerelateerd onderdeel | Kristaloriëntatie, absorptie, homogeniteit, fluorescentie, coating en drempelwaarde voor door laser veroorzaakte schade |
| Druk- of vacuümvenster | Niet-ondersteunde opening, dikte, bevestigingsmethode, drukverschil, temperatuur en veiligheidsfactor |
Pas geen toleranties van laserkwaliteit automatisch toe op een beschermend kijkvenster. Onnodig strenge specificaties kunnen de bewerkingstijd verlengen, het productieopbrengst verlagen en de eenheidsprijs verhogen, zonder dat het systeem daadwerkelijk wordt verbeterd.
1. Geef de diameter, vorm en vrije doorgang op
Buitendiameter
Geef voor een rond robijnroosvenster de uiteindelijke buitendiameter en de bijbehorende tolerantie op. Bijvoorbeeld:
Diameter: Ø25,00 ±0,05 mm
De juiste tolerantie hangt af van de bevestigingswijze. Bij een borgring of een losse mechanische houder kan een relatief ruime tolerantie worden gehanteerd, terwijl bij een precisie-metalen behuizing of een gelijmde constructie wellicht een strakkere maatcontrole vereist is.
Voorbeelden van uitgangspunten zijn:
| Vereisteniveau | Voorbeeld van een diametertolerantie |
| Algemeen beschermingsvenster | ±0,10 mm |
| Nauwkeurige mechanische passing | ±0,05 mm |
| Compacte optische opstelling | ±0,02 mm of nog nauwkeuriger na de productiecontrole |
Dit zijn geen algemeen geldende acceptatielimieten. Bij grote diameters, zeer dunne ruiten en ongebruikelijke vormen kunnen andere toleranties nodig zijn.
Niet-ronde ramen
Optische ruiten van ruby kunnen ook worden vervaardigd als:
- Rechthoekige of vierkante borden
- Ovale ramen
- Ringen
- Trapvormige ramen
- Onderdelen met sleuven
- Ramen met vlakke delen of uitlijningselementen
- Aangepaste vormen op basis van een CAD-tekening
Geef voor niet-ronde onderdelen de lengte, breedte, hoekradius, profieltolerantie en referentiestructuur op.
Vrije opening
De vrije opening is het gebied waarbinnen aan de optische eisen moet worden voldaan. Dit verschilt van de buitendiameter.
Bijvoorbeeld:
Buitendiameter: Ø25,00 mm
Vrije opening: Ø 22,00 mm, gecentreerd op de buitendiameter
Als er geen vrije opening wordt vermeld, weet de fabrikant mogelijk niet of de eisen inzake vlakheid, oppervlaktekwaliteit en doorlaatbaarheid van toepassing zijn op het gehele gepolijste oppervlak of alleen op het centrale optische gebied.
Bij de vrije opening moet ook rekening worden gehouden met:
- Overlapping van borgringen
- Breedte van de lijm of kit
- Contactoppervlak van de pakking
- Afschuining
- Uitlijningstolerantie
- Verwachte straaldiameter en straalbeweging
Randvoorwaarde
Ruby is uiterst hard, maar er kunnen toch afbrokkelingen aan de rand ontstaan als de rand scherp blijft of op onjuiste wijze wordt behandeld. Bepaal de vereiste randbehandeling, zoals:
- Fijn geslepen snede
- Gepolijste rand
- Beschermende afschuining
- Afschuining
- Afgeronde rand
- Verzwarte of gecoate rand
Een voorbeeld van een tekenaantekening zou kunnen zijn:
Randafschuining: 0,20–0,30 mm × 45°, tenzij anders aangegeven
Geef ook de maximaal toegestane afmeting van randafbrokkelingen aan en vermeld of randafbrokkelingen buiten de vrije opening zijn toegestaan.
2. Kies de juiste dikte
De dikte is van invloed op zowel de mechanische eigenschappen als het optische gedrag. De dikte mag niet uitsluitend op basis van de diameter van het venster worden gekozen.
Mechanische overwegingen
Bij een druk- of vacuümraam hangt de keuze van de dikte af van:
- Niet-ondersteunde optische diameter
- Maximale drukverschil
- Statische, cyclische of stootbelasting
- Bevestigings- en afdichtingsmethode
- Maximale bedrijfstemperatuur
- Temperatuurgradiënt
- Schade aan het oppervlak en de toestand van de randen
- Vereiste veiligheidsfactor
- Eisen inzake proefdruk
Een grotere buitendiameter betekent niet per se een grotere vrije opening. Een raam kan een buitendiameter van 50 mm hebben, maar na montage slechts een blootliggend oppervlak van 30 mm.
Voor drukramen die van cruciaal belang zijn voor de veiligheid, moet de uiteindelijke dikte worden onderbouwd door een mechanische analyse en, indien nodig, een proefopstelling. Een algemene diktetabel mag geen vervanging vormen voor toepassingsspecifieke engineering.
Optische overwegingen
Ook de dikte verandert:
- Optische weglengte
- Focuspositie bij samenlopende stralen
- Verplaatsing van de straal bij niet-normale invalshoek
- Interferentie en spookreflecties
- Absorptie door het robijnmateriaal
- Waargenomen rode kleur
- Fluorescentie-intensiteit
- Totale externe overdracht
In golflengtegebieden waar absorptie optreedt, laat een dikker robijnvenster over het algemeen minder licht door dan een dunner venster van hetzelfde materiaal en met dezelfde chroomconcentratie. Daarom moet de spectrale doorlaatbaarheid altijd worden gerelateerd aan een bepaalde uiteindelijke dikte.
Diktetolerantie
Een volledige specificatie omvat zowel de nominale dikte als de tolerantie:
Dikte: 3,00 ± 0,05 mm
Voor algemene beschermingsonderdelen is een tolerantie van ±0,10 mm aanvaardbaar, terwijl voor precisie-optische assemblages een tolerantie van ±0,05 mm, ±0,02 mm of nog kleiner vereist kan zijn. Voordat u voor een zeer strakke tolerantie kiest, moet u nagaan of het systeem daadwerkelijk afhankelijk is van de absolute dikte, de parallelliteit, de totale diktevariatie of het doorgelaten golffront.
3. Bepaal de materiaalkwaliteit van Ruby
“Ruby” op zich is geen volledige materiaalspecificatie.
Synthetisch materiaal uit één kristal
Voor precisie-optische vensters luidt een typische materiaalbeschrijving als volgt:
Synthetische monokristallijne robijn, Cr³⁺₂O₃
Geef, indien van toepassing, ook aan welke kristalgroei-methode aanvaardbaar is. Gangbare groeimethoden kunnen leiden tot verschillen in de afmetingen van de kristallen, het aantal defecten, de restspanning en de kostenstructuur. Als de groeimethoden geen functionele rol spelen, is het doorgaans beter om de vereiste optische en interne kwaliteit te definiëren in plaats van het proces te beperken.
Chroomconcentratie en kleur
De chroomconcentratie beïnvloedt de kleur, de absorptie en de fluorescentie van robijn. Beschrijvingen als “lichtroze”, “standaardrood” of “donker robijnrood” zijn subjectief en kunnen per leverancier en per productiebatch verschillen.
Geef voor een functionele optische component een of meer van de volgende gegevens op:
- Concentratiebereik van chroom of Cr₂O₃
- Minimale transmissie bij de bedrijfsgolflengte
- Volledige transmissiecurve over een bepaald golflengtebereik
- Toegestane kleurvariatie
- Goedgekeurd fysiek kleurmonster
- CIE L*a*b*-kleurbereik met meetomstandigheden
- Maximale variatie binnen één venster
- Maximale variatie tussen batches
Voor de meeste optische toepassingen is een gemeten transmissie-eis nuttiger dan een visuele kleurbeschrijving.
Kwaliteit van het interne materiaal
Stel, afhankelijk van de toepassing, acceptatiecriteria vast voor:
- Bubbels
- Toevoegingen
- Groeiafwijkingen
- Striae
- Kleurzones
- Spanningsdubbele breking
- Kristalgrenzen
- Variatie in lokale overdracht
- Homogeniteit van de brekingsindex
Het inspectiegebied en de verlichtingsmethode moeten worden vermeld. Een cosmetische visuele inspectie is niet hetzelfde als een interferometrische homogeniteitstest.
4. De kristaloriëntatie specificeren
Ruby is een anisotroop en dubbelbrekend kristal. De kristaloriëntatie kan daarom van invloed zijn op het polarisatiegedrag, de brekingsindex, de golffrontprestaties en de reactie op spanning.
In een NIST-onderzoek naar een specifiek, via de Czochralski-methode gekweekt robijnmonster werden gewone en buitengewone brekingsindices van 1,76569 en 1,75759 bij 643,8 nm gemeld. Deze monsterspecifieke waarden laten zien waarom de kristalrichting van belang kan zijn bij precisietoepassingen. NIST-onderzoek naar de foto-elastische constanten van robijn
Mogelijke vereisten met betrekking tot de oriëntatie zijn onder meer:
- C-as loodrecht op de optische vlakken
- C-as evenwijdig aan de optische vlakken
- A-vlak- of R-vlak-oriëntatie
- Aangepaste asrichting ten opzichte van een mechanisch vlak
- Oriëntatietolerantie, bijvoorbeeld ±0,5° of ±1°
Als het venster slechts dient als beschermende afdekking zonder beeldvorming, is een strikte controle van de oriëntatie wellicht niet nodig. Bij gepolariseerd licht, beeldvormingssystemen, interferometrie of lasertoepassingen moet de oriëntatie zorgvuldig worden gecontroleerd.
5. Stel de polijstvereisten vast
De uitdrukking “optisch gepolijst” is op zichzelf niet nauwkeurig genoeg. In de specificatie moet worden uitgelegd welke oppervlakken worden gepolijst en hoe de polijstkwaliteit wordt beoordeeld.
Enkelzijdig of dubbelzijdig polijsten
Bij de meeste ruby-vensters met een hoge lichtdoorlatendheid moeten beide optische vlakken worden gepolijst. Eenzijdig polijsten kan aanvaardbaar zijn wanneer één zijde opzettelijk is geslepen, verlijmd of uitsluitend als mechanisch referentiepunt wordt gebruikt.
Een standaard opmerking bij een tekening luidt:
Oppervlak 1 en Oppervlak 2: dubbelzijdige optische polijstbehandeling
Als de twee partijen verschillende vereisten hebben, geef ze dan afzonderlijk de aanduiding S1 en S2.
Oppervlakteruwheid
Oppervlakteruwheid beschrijft de microscopische structuur van het oppervlak, en niet zozeer zichtbare krassen of de algehele vlakheid van het oppervlak. Een te hoge ruwheid leidt tot meer verstrooid licht en kan de prestaties van beeldvormings- en lasersystemen verminderen.
Geef het volgende op:
- Ra- of Rq-waarde
- Maximaal toegestane waarde
- Meetinstrument
- Scanlengte of evaluatiegebied
- Ruimtelijke frequentie of filtervoorwaarden, wanneer deze van cruciaal belang zijn
- Of de eis geldt voor de vrije opening
Voorbeelden van vereisten zijn onder meer:
- Rq ≤ 2 nm voor een algemene optische kijkopening
- Rq ≤ 1 nm voor gebruik in precisiesensoren of beeldvorming
- Rq ≤ 0,5 nm voor toepassingen met geringe verstrooiing of veeleisende lasertoepassingen
De juiste waarde hangt af van de golflengte en de gevoeligheid van het systeem. ISO 10110-8:2019 bevat regels voor het aangeven van de optische oppervlaktestructuur.
Vlakheid
Vlakheid beschrijft de vorm van een afzonderlijk oppervlak bij lage ruimtelijke frequenties. Hieronder vallen:
- Maximale afwijking in de vorm van het oppervlak
- Vrije opening of testgebied
- Testgolflengte
- Of de stroom is inbegrepen of niet
- Meet- en rapportagemethode
Voorbeelden zijn:
Oppervlaktevlakheid: ≤λ/2 bij 632,8 nm over de vrije opening
of:
Afwijking van de oppervlaktevorm: ≤150 nm PV over de vrije opening
De huidige ISO 10110-5:2026 gebruikt nanometer als voorkeursmaat voor afwijkingen in de oppervlaktevorm. Indien de vlakheid wordt uitgedrukt in golven of strepen, moet de referentiegolflengte worden vermeld.
Parallelisme en wig
Parallelisme geeft de hoekverhouding tussen de twee gepolijste oppervlakken aan. Onvoldoende parallelisme kan leiden tot:
- Balkafwijking
- Beeldverschuiving
- Focusfout
- Ongelijkmatig optisch pad
- Uitlijningsproblemen
Omgekeerd is bij sommige optische systemen juist een kleine wig nodig om spookreflecties te scheiden.
Voorbeelden van vereisten zijn onder meer:
Parallelliteit: ≤1 boogminuut
of:
Wighoek: 30 ±5 boogseconden, wigrichting aangegeven op de rand
Vraag niet zowel om “parallelle oppervlakken” als om een opzettelijke wig zonder aan te geven welke eis voorrang heeft.
6. Definitie van de kwaliteit van optische oppervlakken
Onder oppervlaktekwaliteit vallen plaatselijke onvolkomenheden zoals krassen, putjes en groeven. Dit verschilt van oppervlakteruwheid en vlakheid.
Veelvoorkomende kwaliteitsklassen voor ‘scratch-dig’ zijn onder meer:
- 60-40 voor commerciële of beschermende optische ruiten
- 40-20 voor algemene precisie-optica
- 20-10 voor veeleisende beeldvormings- of lasercomponenten
- 10-5 voor uiterst gevoelige optische systemen
Deze kwaliteitsklassen moeten worden beschouwd als toepassingsafhankelijke uitgangspunten. Het specificeren van 10-5 terwijl 40-20 volstaat, kan de kosten voor polijsten en keuring aanzienlijk verhogen.
Op een tekening mag niet alleen “40-20” worden vermeld. Er moet ook worden aangegeven welke inspectienorm van toepassing is of welke vergelijkingsmethode is overeengekomen.
ISO 10110-7:2017 richt zich op plaatselijke oppervlakteafwijkingen, lange krassen en afgebroken randen binnen een afgebakend testgebied. Er mag niet worden aangenomen dat ISO- en traditionele scratch-dig-systemen direct onderling uitwisselbaar zijn zonder een overeengekomen inspectiemethode.
Geef ook aan of de eis inzake oppervlaktekwaliteit van toepassing is op:
- Het volledig gepolijste oppervlak
- Alleen de vrije opening
- Gecoate oppervlakken na het coaten
- Beide partijen afzonderlijk
- Zowel interne gebreken als oppervlaktegebreken
7. Vlakheid is niet hetzelfde als het doorgelaten golffront
Een venster kan op elk oppervlak een aanvaardbare vlakheid hebben, maar toch een onaanvaardbare golffrontfout veroorzaken vanwege:
- Dikteschommelingen
- Ongelijke kromming van het oppervlak
- Materiaalinhomogeniteit
- Restspanning
- Kristaloriëntatie
- Birefringentie
- Toenemende stress
Geef voor beeldvorming, interferometrie of transmissie met een gecollimeerde laserstraal de vervorming van het doorgelaten golffront rechtstreeks op.
Een voorbeeld hiervan is:
Fout in het doorgelaten golffront: ≤λ/2 PV bij 632,8 nm over de vrije opening
Voor veeleisendere systemen kan de RMS-golfvlakfout nuttiger zijn dan een PV-waarde. De meetgolflengte, polarisatie, apertuur, montageomstandigheden en of de kanteling of het vermogen is gecorrigeerd, moeten worden vermeld.
ISO 10110-14:2018 beschrijft tekeningen die de vervorming van doorgelaten of gereflecteerde golffronten weergeven.
8. Specificeer de spectrale transmissie
Ruby mag niet worden beschouwd als een kleurloze saffier met een rode uitstraling. Chroom zorgt voor golflengteafhankelijke absorptie en fluorescentie, dus de spectrale eigenschappen moeten worden bepaald voor de concrete toepassing.
Een volledige specificatie van de transmissie moet het volgende omvatten:
- Werkgolf lengte of golflengtebereik
- Minimale, gemiddelde of nominale transmissie
- Interne of externe overbrenging
- Dikte van het afgewerkte raam
- Invalhoek
- Polarisatie, indien van toepassing
- Testtemperatuur, indien de prestaties temperatuurafhankelijk zijn
- Meetresolutie
- Meting over het gehele diafragma of op geselecteerde punten
Bijvoorbeeld:
Externe transmissie: ≥X% bij 694 nm, gemeten bij normale invalshoek door het afgewerkte venster met een dikte van 3,00 mm
of:
Lever voor elke productiebatch een gemeten externe transmissiecurve aan in het bereik van 400 tot 900 nm
Interne versus externe overdracht
Bij externe transmissie vindt er reflectie plaats op beide grensvlakken tussen lucht en robijn. Bij interne transmissie zijn deze verliezen door oppervlaktereflectie uitgesloten.
Robijn heeft een relatief hoge brekingsindex. Uitgaande van een geschatte brekingsindex van 1,76 bedraagt de Fresnel-reflectie bij normale invalshoek ongeveer 7,6% bij elk ongecoat luchtgrensvlak. Daarom zal zelfs een ongecoat venster met lage absorptie geen 100% externe transmissie opleveren. Chroomabsorptie vermindert de transmissie nog verder in de betreffende spectrale banden.
Geef altijd aan of een acceptatiewaarde betrekking heeft op interne of externe overdracht.
Overwegingen met betrekking tot fluorescentie
Robijn kan een sterke rode fluorescentie afgeven wanneer het bij geschikte golflengten wordt geëxciteerd. Dit kan wenselijk zijn bij sensortoepassingen of lasergerelateerde toepassingen, maar het kan ook ongewenste achtergrondruis veroorzaken in beeldvormings- of detectiesystemen.
Als fluorescentie het systeem zou kunnen beïnvloeden, definieer dan:
- Excitatiegolflengte
- Detectieband
- Toegestane fluorescentie-intensiteit
- Vereisten inzake de afbraaktijd
- Chroomconcentratie
- Meetgeometrie
9. Bepaal of een optische coating nodig is
Een antireflectiecoating kan de doorlaatbaarheid van het licht verbeteren en spookbeelden verminderen, maar de coating moet wel zijn afgestemd op de daadwerkelijke gebruiksomstandigheden.
Geef de volgende informatie:
- Coating op S1, S2 of beide oppervlakken
- Centrale golflengte of golflengtebereik
- Vereiste gemiddelde of maximale reflectie
- Vereiste minimale transmissie
- Invalhoek
- Polarisatie
- Bedrijfstemperatuur
- Luchtvochtigheid en blootstelling aan chemische stoffen
- Eisen inzake slijtage of reiniging
- Laservermogen en pulsparameters, indien van toepassing
Voorbeeld:
BBAR-coating aan beide zijden, gemiddelde reflectie ≤0,5% bij een golflengte van 650 tot 750 nm en een invalshoek van 0°
Bij gebruik van een laser met hoog vermogen dient u ook de golflengte, pulsduur, herhalingsfrequentie, straaldiameter en piekfluentie op te geven, zodat een geschikte drempelwaarde voor lasergeïnduceerde schade kan worden vastgesteld.
10. Vermeld de gebruiksomgeving
Hetzelfde robijnrooster kan een ander ontwerp vereisen, afhankelijk van hoe het wordt gemonteerd en gebruikt.
In een offerteaanvraag moet het volgende worden beschreven:
- Minimale en maximale bedrijfstemperaturen
- Thermische cycli
- Temperatuurgradiënten
- Vacuümniveau
- Interne en externe druk
- Luchtvochtigheid
- Blootstelling aan water of stoom
- Zuren, basen of schoonmaakmiddelen
- Zoutnevel
- Stof en schurende deeltjes
- Mechanische impact
- Trilling
- Blootstelling aan straling
- Blootstelling aan UV-straling in de buitenlucht
- Vereiste levensduur
Informatie over de montage is van bijzonder groot belang. Een te grote klemkracht, een hard contactpunt of een ongeschikte lijm kunnen spanning en vervorming van het golffront veroorzaken, zelfs als het nog niet gemonteerde venster aan de optische specificaties voldoet.
11. Aanbevolen inspectie en documentatie
Het inspectiepakket moet zijn afgestemd op de functie en het risiconiveau van het onderdeel.
De beschikbare documentatie kan het volgende omvatten:
- Materiaalcertificaat
- Rapport over de chroomconcentratie
- Certificaat inzake kristaloriëntatie
- Maatinspectierapport
- Controle van de oppervlaktekwaliteit
- Rapport over oppervlakteruwheid
- Interferogram van de vlakheid
- Interferogram van een doorgestuurde golffront
- Spectrale transmissiecurve
- Rapport over de prestaties van de coating
- Test van de hechting of duurzaamheid van de coating
- Inspectie op basis van spanningsdubbele breking
- Inspectierapport eerste artikel
- Traceerbaarheid van partijen
- Individuele serienummers
- Conformiteitsverklaring
Het opvragen van elk rapport voor een eenvoudig beschermingsvenster kan onnodige kosten met zich meebrengen. Voor kritieke optische assemblages kunnen lot-specifieke meetgegevens het kwalificatierisico echter verminderen.
Voorbeeld van een specificatie voor een Ruby-optisch venster
Het volgende voorbeeld kan worden aangepast tot een prototype van een offerteaanvraag:
| Parameter | Voorbeeld van een vereiste |
| Materiaal | Synthetische monokristallijne robijn, Cr³⁺₂O₃ |
| Vorm | Rond, vlak-vlak raam |
| Diameter | Ø 25,00 ± 0,05 mm |
| Dikte | 3,00 ± 0,05 mm |
| Vrije opening | Ø 22,00 mm, gecentreerd |
| Kristaloriëntatie | C-as loodrecht op de optische vlakken binnen ±0,5°, indien nodig |
| Polijsten | Beide optische zijden zijn gepolijst |
| Oppervlaktekwaliteit | 40-20 kras-graaf volgens de overeengekomen inspectienorm |
| Oppervlakteruwheid | Rq ≤ 1,0 nm over de vrije opening |
| Vlakheid oppervlak | ≤λ/2 bij 632,8 nm over de vrije opening |
| Parallellisme | ≤1 boogminuut |
| Doorgegeven golffront | Bepaal of dit vereist is door het optische systeem |
| Spectrale vereiste | Externe transmissie ≥[waarde]% bij [golflengte] |
| Coating | Zonder coating, of geef het bereik van de AR-coating en de reflectiegraad op |
| Rand | 0,20–0,30 mm × 45° beschermende afschuining |
| Edge-chips | Geen chips in de vrije opening; de grens buiten de opening moet nog worden vastgesteld |
| Milieu | Geef de temperatuur, druk, vacuüm en blootstelling aan chemische stoffen aan |
| Hoeveelheid | Aantal prototypes en verwachte jaarlijkse productiehoeveelheid |
| Documentatie | Materiaalcertificaat en rapport van de maatcontrole |
De bovenstaande getallen zijn voorbeelden, geen algemene aanbevelingen. De uiteindelijke toleranties moeten worden gekozen op basis van de optische functie, het montageontwerp en het inspectiebudget.
Veelvoorkomende fouten bij offerteaanvragen
Alleen de diameter en de dikte opgeven
Bij een specificatie als “ruby window, Ø25 × 3 mm, gepolijst” blijven de materiaalkwaliteit, toleranties, opening en optische prestaties onbepaald.
Kleur als enige transmissie-eis gebruiken
“Donkerrood” is een subjectief begrip. Geef een transmissiecurve, een golflengte-specifieke eis of een goedgekeurd referentiemonster op.
Robijn behandelen als een gewone kleurloze saffier
Robijn heeft dezelfde korundbasis, maar chroom beïnvloedt de absorptie en fluorescentie. Een transmissiecurve van een kleurloze saffier mag niet worden gebruikt om een robijnraam goed te keuren.
Oppervlaktekwaliteit verwarren met ruwheid
Een 40-20-eis voor kras- en graafproeven regelt zichtbare plaatselijke gebreken. Een Rq-eis regelt de microscopische oppervlaktestructuur. Het ene vervangt het andere niet.
Vlakheid verwarren met het doorgelaten golffront
De vlakheid bepaalt de vorm van het individuele oppervlak. Het doorgelaten golffront geeft een beeld van het optische effect van het volledige venster.
Het weglaten van de vrije opening
Zonder een duidelijk gedefinieerde heldere opening kan de leverancier een ander gebied inspecteren dan het gebied dat door het optische systeem wordt gebruikt.
Het weglaten van de testgolflengte
Een waarde voor vlakheid of golffront die alleen als “λ/4” wordt aangegeven, is onvolledig. De golflengte moet worden gespecificeerd.
Voor elke parameter de strakste beschikbare tolerantie kiezen
Zeer strenge eisen op het gebied van afmetingen, polijsting en oppervlaktekwaliteit kunnen de productieopbrengst aanzienlijk verminderen. Pas alleen de parameters aan die van invloed zijn op de systeemprestaties.
Wat beïnvloedt de prijs van een optisch venster van ruby?
De belangrijkste kostenfactoren zijn onder meer:
- Diameter van het venster en materiaalgebruik
- Einddikte en aspectverhouding
- Ruby-kleur of chroomgehalte
- Methode voor kristalgroei
- Eis inzake kristaloriëntatie
- Interne fout- en homogeniteitsgrenzen
- Toleranties voor diameter en dikte
- Vlakheid oppervlak
- Doorgegeven golffront
- Oppervlakteruwheid
- Kras-graafklasse
- Parallelisme of wigvormige speling
- Optische coating op maat
- Milieutests
- Afzonderlijke inspectierapporten
- Aantal prototypes en jaarlijks volume
Dunne robijnramen met een grote diameter kunnen een bijzondere uitdaging vormen, omdat ze tijdens het slijpen, polijsten en coaten een zorgvuldige behandeling vereisen.
Veelgestelde vragen
Is een optisch venster van robijn hetzelfde als een venster van saffier?
Robijn en saffier hebben beide de kristalstructuur van korund (Al₂O₃). Robijn bevat chroom, wat zorgt voor de rode kleur, de optische absorptie en de fluorescentie. Hoewel hun mechanische eigenschappen vergelijkbaar kunnen zijn, mag niet worden aangenomen dat hun spectrale eigenschappen identiek zijn.
Kan ik het venster uitsluitend aan de hand van de rode kleur identificeren?
Kleur alleen is niet voldoende voor een functionele optische component. Geef de chroomconcentratie, een transmissiecurve, golflengte-specifieke transmissie of een gecontroleerd kleurbereik op.
Moeten beide oppervlakken worden gepolijst?
Beide oppervlakken worden doorgaans optisch gepolijst wanneer het onderdeel een afbeeldende of gecollimeerde straal doorlaat. Voor bepaalde gelijmde of niet-afbeeldende toepassingen kan één gepolijst oppervlak voldoende zijn.
Is een oppervlaktekwaliteit van 20-10 altijd beter dan 40-20?
Het gaat om een strengere eis op het gebied van uiterlijk en defecten, maar deze is niet altijd noodzakelijk. Een beschermend kijkvenster kan prima functioneren met een kwaliteit van 40-20 of 60-40. De juiste kwaliteit hangt af van de straalgrootte, de locatie van het beeldvlak, het laservermogen en de gevoeligheid van het systeem.
Hoe moet ik de dikte kiezen?
Houd rekening met het drukverschil, de niet-ondersteunde opening, het bevestigingsontwerp, de temperatuur, de veiligheidsfactor en de optische absorptie. Voor drukvensters die van cruciaal belang zijn voor de veiligheid, moet de beoordeling plaatsvinden aan de hand van een mechanische analyse in plaats van op basis van een algemene regel voor de verhouding tussen diameter en dikte.
Heeft een ongecoat robijnraam een hoge lichtdoorlatendheid?
De externe doorlaatbaarheid wordt verminderd door zowel de absorptie door chroom als de Fresnel-reflectie door de twee oppervlakken met een hoge brekingsindex. Als bij een bepaalde golflengte een hogere doorlaatbaarheid vereist is, kan een AR-coating nodig zijn.
Welke aanvullende informatie is nodig voor een lasertoepassing?
Geef de golflengte, het vermogen of de pulsenergie, de pulsduur, de herhalingsfrequentie, de straaldiameter, de polarisatie, de invalshoek, de vereiste golffrontkwaliteit en de drempelwaarde voor lasergeïnduceerde schade op. Geef ook aan of de robijn een passief venster of een actief lasermedium is.
Conclusie
Een betrouwbare specificatie voor een optisch venster van robijn moet een verband leggen tussen de mechanische tekening en de daadwerkelijke optische functie. De diameter en dikte bepalen slechts de basisgeometrie. De kristaloriëntatie, het chroomgehalte, de polijstkwaliteit, de vrije opening, de vlakheid, het doorgelaten golffront, de spectrale transmissie en de coating bepalen of het afgewerkte venster in het beoogde systeem zal functioneren.
Stuur de leverancier het volgende voor een nauwkeurige offerte:
- Een tekening met maatvoering
- Eisen ten aanzien van materiaal en oriëntatie
- Werkingsgolflengte
- Vrije opening
- Eisen inzake polijsten en oppervlaktekwaliteit
- Doelen voor transmissie of coating
- Bedrijfsomgeving
- Inspectievoorschriften
- Prototypes en productiehoeveelheden
Als er nog onduidelijkheid bestaat over bepaalde parameters, geef dan de toepassing, het montageontwerp en de beoogde optische prestaties aan. De fabrikant kan dan toleranties aanbevelen die geschikt zijn voor productie, zonder dat dit onnodige kosten met zich meebrengt.