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杰森光電·JASON TECH

紅外鏡片專(zhuān)業(yè)供應(yīng)商

知識(shí)課堂

KNOWLEDGE CLASS

光學(xué)參數(shù)規(guī)格
2016-6-12
來(lái)源:未知
點(diǎn)擊數(shù):  6208        作者:未知


  • 光學(xué)夢(mèng)想:從這里開(kāi)始!

    在元件或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中利用光學(xué)參數(shù)規(guī)格可使該元件或系統(tǒng)精確達(dá)到特定的性能要求。 光學(xué)參數(shù)規(guī)格非 常有用,原因有以下兩點(diǎn): 首先,它們可以指定決定系統(tǒng)性能的可接受的關(guān)鍵參數(shù)限值;其次,它們能夠確定應(yīng)花在生產(chǎn)上的資源的數(shù)量(即時(shí)間和成本)。

    光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)規(guī)格過(guò)低或過(guò)高都會(huì)影響其性能,從而造成不必要的資源浪費(fèi)。如果未正確設(shè)定所有必要的參數(shù),則會(huì)導(dǎo)致規(guī)格過(guò)低,從而使性能降低。 如果過(guò)于嚴(yán)格地定義系統(tǒng)參數(shù)而不考慮光學(xué)或機(jī)械要求中的任 何變化,則會(huì)導(dǎo)致規(guī)格過(guò)高,從而使成本和生產(chǎn)難度增加。

    為了了解光學(xué)規(guī)格,首先弄清楚它們的含義是非常重要的。 為了簡(jiǎn)化日益繁多的數(shù)字,請(qǐng)考慮為透鏡、 反射鏡窗口片使用最常用的生產(chǎn)規(guī)格、表面規(guī)格和材料規(guī)格。 濾光片、偏振片、棱鏡分光鏡、光柵光纖也具有許多這類(lèi)光學(xué)規(guī)格,因此了解最常用的規(guī)格將為 您了解幾乎所有光學(xué)產(chǎn)品的規(guī)格提供最堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

    生產(chǎn)規(guī)格

    直徑公差

    圓形光學(xué)元件的直徑公差提供了一個(gè)可接受的直徑值范圍。 此生產(chǎn)規(guī)格會(huì)因制作光學(xué)產(chǎn)品的某些光學(xué)加工公司的技術(shù)水平和能力而有所不同。雖然直徑公差不會(huì)對(duì)光學(xué)產(chǎn)品本身的光學(xué)性能產(chǎn)生任何影響,但如果要在任何一種固定器上安裝光學(xué)產(chǎn)品,則它是您必須考慮的一種非常重要的機(jī)械公差。 例如,如果透鏡的直徑與其標(biāo)稱(chēng)值存有偏差,則有可能使已安裝的組件中的機(jī)械軸偏離光學(xué)軸,從而導(dǎo)致光的偏心(圖1)。 通常,直徑的生產(chǎn)公差為:+0.00/-0.10 mm表示一般質(zhì)量,+0.00/-0.050 mm表示精密質(zhì)量,+0.000/-0.010 mm則為高質(zhì)量.


    中心厚度公差

    光學(xué)元件(最典型的是透鏡)的中心厚度,測(cè)量的是光學(xué)元件中心部分的材料厚度。中心厚度是通過(guò)透鏡的機(jī)械軸來(lái)測(cè)量的,該機(jī)械軸是作為透鏡外部邊緣之間的軸來(lái)定義的。 透鏡中心厚度的變化會(huì)影響光學(xué)性 能,這是因?yàn)橹行暮穸燃捌淝拾霃綍?huì)決定光線穿過(guò)透鏡的光學(xué)路徑長(zhǎng)度。通常,中心厚度的生產(chǎn)公差為: +/-0.20 mm表示一般質(zhì)量,+/-0.050 mm表示精密質(zhì)量,+/-0.010 mm則為高質(zhì)量.

    曲率半徑

    曲率半徑是指光學(xué)元件的頂點(diǎn)與曲率中心之間的距離。該半徑可以為正值、零或負(fù)值,具體要取決于該表面是凸面、平面還是凹面。如果知道曲率半徑值,則可以確定光線穿過(guò)透鏡或反射鏡的光學(xué)路徑長(zhǎng)度,同時(shí)還對(duì)表面功率起著重要的決定作用。 曲率半徑的生產(chǎn)容差通常為+/-0.5,但在精確應(yīng)用中也可低至+/-0.1%,或在需要極高的質(zhì)量情況下為+/-0.01%。

    h3>中心

    透鏡的中心也稱(chēng)為向心性或離心性,是根據(jù)光束偏差δ(方程式1)而指定的。一旦給定了光束偏差,則可以通過(guò)一種簡(jiǎn)單的關(guān)系來(lái)計(jì)算楔角W(方程式2)。 透鏡的離心量是機(jī)械軸與光學(xué)軸物理偏離的距離。透鏡的機(jī)械軸僅為透鏡的幾何軸,是由其外部的柱面來(lái)定義的。 透鏡的光學(xué)軸是由光學(xué)表面來(lái)定義的,它是連接各表面曲率中心的線。要進(jìn)行向心性測(cè)試,請(qǐng)將透鏡置于茶杯中,對(duì)其施壓。 對(duì)透鏡施加的壓力會(huì)自動(dòng)聚集在茶杯中心******個(gè)表面的曲率中心,并且該中心還會(huì)與 旋轉(zhuǎn)軸對(duì)齊。沿著此旋轉(zhuǎn)軸射入的平行光將會(huì)穿過(guò)透鏡,到達(dá)后焦平面的焦點(diǎn)處。當(dāng)透鏡隨著茶杯的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)時(shí),透鏡中的任何離心性都會(huì)使聚焦光束分散,并在后焦平面形成一個(gè)半徑為 Δ 的圓軌跡。

    平行度

    平行度描述的是兩個(gè)平行表面之間的相互關(guān)系。它在指定窗口片偏振片等元件時(shí)很有用,其中平行表面是提高系統(tǒng)性能的理想平面,這是因?yàn)樗鼈兛梢?*****限度地減少畸變,否則該畸變會(huì)降低圖像或光的 質(zhì)量。通常,該容差范圍從5弧分直至幾弧秒。

    角度公差

    棱鏡分光鏡等元件中,各表面之間所產(chǎn)生的角度對(duì)光學(xué)產(chǎn)品的性能具有重要的影響。角度公差通常使用準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡組件進(jìn)行測(cè)量,其光源系統(tǒng)會(huì)發(fā)射平行光。 準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡將圍繞光學(xué)產(chǎn)品的表面進(jìn)行旋轉(zhuǎn),直至所產(chǎn)生的菲涅爾反射回到該表面,在檢測(cè)的表面頂部產(chǎn)生一個(gè)光點(diǎn)。這就驗(yàn)證了平行光束正好垂直入射到該表面。然后,整個(gè)準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡組件會(huì)繞著光學(xué)產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)至下一個(gè)光學(xué)表面,并且會(huì)重復(fù)此過(guò)程。圖3顯示了用于測(cè)量角度公差的通用準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡設(shè)置??梢允褂脙蓚€(gè)測(cè)量位置之間的角度差來(lái)計(jì)算兩個(gè)光學(xué)表面的公差。 角度公差的范圍可以從幾弧分降至幾弧秒。


    倒角

    玻璃角非常易碎,因此,在處理或安裝元件時(shí)保護(hù)好它們非常重要。保護(hù)這些玻璃角的最常用方法是將這些邊緣斜切成倒角。倒角可作為保護(hù)槽來(lái)防止邊緣出現(xiàn)缺口。它們由其表面的寬度和角度來(lái)定義。


    倒角的最常見(jiàn)切割角度為45°,并且該表面寬度是由光學(xué)產(chǎn)品的直徑來(lái)確定的。 其直徑小于3.00mm的光學(xué)產(chǎn)品(如微透鏡或微棱鏡)通常不需要切成倒角,這是因?yàn)楹芸赡軙?huì)在切削的過(guò)程中產(chǎn)生邊緣缺口。值得注意的是,對(duì)于很小的曲率半徑,例如,當(dāng)透鏡的直徑大于等于0.85 x曲率半徑時(shí),無(wú)需切成倒角,這是因?yàn)橥哥R表面和邊緣之間會(huì)形成很大的角度。對(duì)于所有其他直徑,表1提供了******的表面寬度。

    表1:倒角公差
    直徑 倒角的******表面寬度
    3.00mm – 5.00mm 0.1mm
    5.01mm – 25.4mm 0.25mm
    25.41mm – 50.00mm 0.3mm
    50.01mm – 75.00mm 0.4mm

    通光孔徑

    通光孔徑是指光學(xué)元件的直徑或必須滿足各種規(guī)格的光學(xué)元件的尺寸。除通光孔徑以外,制造商并不能確保光學(xué)產(chǎn)品符合指定的規(guī)格。由于生產(chǎn)的限制,實(shí)際上是不可能生產(chǎn)出完全等同于光學(xué)產(chǎn)品的直徑或長(zhǎng)乘以寬的通光孔徑。表2顯示了透鏡的一般通光孔徑。



    表2:通光孔徑公差
    直徑 通光孔徑
    3.00mm – 10.00mm 90% 直徑
    10.01mm - 50.00mm 直徑 – 1mm
    ≥ 50.01mm 直徑 – 1.5mm


    表面規(guī)格

    表面質(zhì)量

    光學(xué)表面的質(zhì)量用來(lái)衡量光學(xué)產(chǎn)品表面特性,并且涵蓋了一些劃痕和坑點(diǎn)等瑕疵。這些表面的大部分瑕疵純粹是表面上的瑕疵,并不會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生很大的影響,雖然,它們可能會(huì)使系統(tǒng)通光量出現(xiàn)微小的下滑,使散射光出現(xiàn)更細(xì)微的散射。然而,有些表面會(huì)對(duì)這些影響更敏感,如:(1)圖像平面的表面,因?yàn)檫@些瑕疵會(huì)產(chǎn)生聚焦,以及(2)具有高功率級(jí)別的表面,因?yàn)檫@些瑕疵會(huì)增加能量吸收并毀壞光學(xué)產(chǎn)品。表面質(zhì)量最常用的規(guī)格是由MIL-PRF-13830B說(shuō)明的劃痕和坑點(diǎn)規(guī)格。通過(guò)將表面的劃痕與在受控的照明條件下提供的一系列標(biāo)準(zhǔn)劃痕進(jìn)行對(duì)比,來(lái)確定劃痕名稱(chēng)。因此,劃痕名稱(chēng)不是描述其實(shí)際的劃痕,而是根據(jù)MIL規(guī)格將其與標(biāo)準(zhǔn)的劃痕進(jìn)行比較。然而,坑點(diǎn)名稱(chēng)直接與表面的點(diǎn)或小坑有關(guān)。坑點(diǎn)名稱(chēng)是通過(guò)以微米計(jì)的坑點(diǎn)直徑除以10來(lái)計(jì)算的,通常劃痕坑點(diǎn)規(guī)格在80至50之間將視為標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量,在60至40之間為精確質(zhì)量,而在20至10之間將視為高精度質(zhì)量。

    表面平面度

    p>表面平面度是一種測(cè)量表面精度的規(guī)格類(lèi)型,它用于測(cè)量反射鏡窗口片、棱鏡平光鏡等平面的偏差。您可以使用光學(xué)平晶來(lái)測(cè)量此偏差,該平晶是一種高質(zhì)量、高精度的參考平面,用于比較試樣的平滑度。當(dāng)所測(cè)試的光學(xué)產(chǎn)品的平面靠著光學(xué)平晶放置時(shí),會(huì)出現(xiàn)條紋,其形狀表示所檢測(cè)的光學(xué)產(chǎn)品的表面平滑度。如果這些條紋間隔相等,并且是平行的直線,那么被檢測(cè)的光學(xué)表面至少像參考光學(xué)平晶一樣平展。如果條紋是彎曲的,則兩個(gè)虛線(一個(gè)虛線與條紋中點(diǎn)相切,另一個(gè)虛線穿過(guò)同一個(gè)條紋的端點(diǎn))之間的條紋數(shù)量會(huì)指出平滑度錯(cuò)誤。平滑度的偏差通常是按波紋值(λ)來(lái)測(cè)量的,它們是由多個(gè)波長(zhǎng)的測(cè)試源組成。一個(gè)條紋對(duì)應(yīng)?的波長(zhǎng)。平滑度為1λ,則表示一般的質(zhì)量級(jí)別;平滑度為λ/4,則表示精確的質(zhì)量級(jí)別;平滑度為λ/20,表示高精度的質(zhì)量級(jí)別。

    光圈數(shù)

    光圈數(shù)是一種測(cè)量表面精確性的規(guī)格類(lèi)型,它適用于彎曲的光學(xué)表面或帶有功率的表面。光圈數(shù)的測(cè)試類(lèi)似于平面度測(cè)試,會(huì)將曲面與具有高校準(zhǔn)的曲率半徑的參考面進(jìn)行比較。使用這兩個(gè)表面空隙所產(chǎn)生的相同干涉原則,條紋的干涉圖樣用于描述測(cè)試表面與參考表面之間的偏差。與參考件產(chǎn)生的偏差將會(huì)產(chǎn)生一系列的圓環(huán),稱(chēng)為牛頓環(huán)。呈現(xiàn)的環(huán)越多,偏差越大。暗環(huán)或亮環(huán)的數(shù) 量,而不是暗環(huán)和亮環(huán)兩者的總數(shù),等于波長(zhǎng)誤差的2倍。

    不規(guī)則度

    不規(guī)則度是一種測(cè)量表面精確性的規(guī)格類(lèi)型,它描述的是表面形狀與參考表面形狀之間的偏差。不規(guī)則度的測(cè)量方式與光圈數(shù)相同。規(guī)則度是指將測(cè)試表面與參考表面進(jìn)行比較形成的球形的圓形條紋。當(dāng)表面的光圈數(shù)超過(guò)5個(gè)條紋時(shí),將很難檢測(cè)到小于1個(gè)條紋的小型不規(guī)則形狀。因此,通常的做法是指定表面的光圈數(shù)與不規(guī)則度的比率,使其大約為5:1。有關(guān)光學(xué)平晶以及說(shuō)明測(cè)試平面度、光圈數(shù)和不規(guī)則度的條紋圖樣的更多詳細(xì)信息,請(qǐng)參閱"光學(xué)平晶"。

    表面加工

    表面加工也稱(chēng)為表面粗糙度,用于測(cè)量表面的一些小型不規(guī)則度。它們通常是因拋光工藝所引起的不良后果。粗糙表面往往要比光滑表面更加耐磨,并且可能不適用于某些應(yīng)用,特別是在使用激光或過(guò)熱環(huán)境的應(yīng)用中,這是因?yàn)槌珊宋恢糜锌赡艹霈F(xiàn)細(xì)微的破裂或瑕疵。表面加工的生產(chǎn)容差為50? RMS時(shí)表示一般質(zhì)量,在20? RMS時(shí)表示精確質(zhì)量,而在5? RMS時(shí)表示高質(zhì)量。

    材料規(guī)格

    折射率

    某種介質(zhì)的折射率是指光在真空中的速度與光在介質(zhì)中的速度之比。玻璃的折射率范圍一般在1.4-4.0之間,與針對(duì)紅外線優(yōu)化的玻璃相比,可視玻璃的折射率范圍要小一些。例如,N-BK7(一種通用的可視玻璃)的折射率為1.517,然而(一種通用的紅外玻璃)的折射率為4.003。有關(guān)紅外材料的更多信息,請(qǐng)參閱“紅外 (IR) 應(yīng)用領(lǐng)域使用的正確材料”。光學(xué)玻璃的折射率是一種重要屬性,因?yàn)楣鈱W(xué)表面的功率是從表面的曲率半徑和表面任意一側(cè)上的介質(zhì)折射率之差得來(lái)的。玻璃制造商指定的不均勻性是指玻璃折射率的變化。不均勻性是根據(jù)不同的等級(jí)來(lái)指定的,其中等級(jí)和不均勻性是互為相反關(guān)系的,隨著等級(jí)的增加,不均勻性則會(huì)減少(表3)。

    表3:不均勻性規(guī)格
    不均勻性規(guī)格 不均勻性等級(jí)折射率的******可變化范圍
    0 +/- 50 x 10-6
    1 +/- 20 x 10-6
    2 +/- 5 x 10-6
    3 +/- 2 x 10-6
    4 +/- 1 x 10-6
    5 +/- 0.5 x 10-6

    色散系數(shù)

    玻璃的另一種材料屬性是色散系數(shù),用于量化玻璃呈現(xiàn)的色散量。它是材料在f (486.1nm)、d (587.6nm) 和c (656.3nm)波長(zhǎng)時(shí)的折射率(方程式3)。

    (3)


    色散系數(shù)值的范圍通常在25至65之間。當(dāng)玻璃的色散系數(shù)大于55(較小色散)時(shí),會(huì)將該玻璃視為冕牌玻璃,而那些色散系數(shù)小于50(較多色散)的玻璃會(huì)視為火石玻璃。由于色散性,玻璃的折射率會(huì)因波長(zhǎng)而有所不同。色散產(chǎn)生的最顯著結(jié)果就是系統(tǒng)的焦距會(huì)因不同的光波長(zhǎng)而稍有不同。有關(guān)折射率和色散系數(shù)等重要材料規(guī)格的更多詳細(xì)信息,請(qǐng)參閱"光學(xué)玻璃"。 h3>激光損傷閾值

    激光損傷閾值是指激光損傷前每一區(qū)域的表面可耐受的******激光功率量。脈沖激光和連續(xù)波(CW)激光都具有相應(yīng)的激光損傷閾值。激光損傷閾值是反射鏡的一個(gè)非常重要的材料規(guī)格,這是因?yàn)樗鼈兣c激光產(chǎn)品而不是任何其他光學(xué)產(chǎn)品一同使用,然而,任何激光級(jí)光學(xué)產(chǎn)品將提供閾值。例如,考慮一下Ti:藍(lán)寶石激光反射鏡的損傷額定閾值為0.5 J/cm2 @ 150飛秒脈沖和100kW/cm2 CW。這就說(shuō)明反射鏡每平方厘米可耐受的高重復(fù)飛秒脈沖激光射入的能量密度為0.5J,或每平方厘米可耐受的大功率CW 激光射入的能量密度為100kW。如果激光束集中在更小的區(qū)域內(nèi),

    則必須考慮采取相應(yīng)的措施以確保整體閾值不超過(guò)指定的值。雖然具有一系列的其他生產(chǎn)規(guī)格、表面規(guī)格和材料規(guī)格,但如果了解了最常用的光學(xué)規(guī)格,則可以顯著地避免混淆。透鏡、反射鏡窗口片、濾光片偏振片、棱鏡分光鏡、光柵、and 光纖共同具有各種屬性,因此,了解它們之間的關(guān)系以及它們將如何影響整體系統(tǒng)性能,將有助于您選擇******的元件以集成到光學(xué)、成像或光電子應(yīng)用中。


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