Design optischer Fenster – Wie wählt man Materialien für die „Augen“ optoelektronischer Geräte aus?

I. Fenstermaterialien: Kompromisse zwischen Saphir, Germanium und Quarzglas

Optoelektronische Geräte müssen die Außenwelt „sehen“, aber eine hermetisch verschlossene Verpackung kann nicht einfach ein Loch hineinstanzen. Die Antwort ist ein optisches Fenster: Ein transparentes Material dichtet die Öffnung ab und lässt Licht durch, Gas kann jedoch nicht eindringen. Jedes der drei gängigen Fenstermaterialien hat seine Nische:

Saphir – seine Härte übertrifft die von Diamant, sein Transmissionsbereich beträgt 0,15–5,5 μm (Ultraviolett bis mittleres Infrarot) und er ist kratzfest und hitzebeständig. Voreingestellte Auswahl für Laserverpackungen.

Germanium – Mit einem Übertragungsbereich von 2–14 μm ist es das Rückgrat des mittleren und fernen Infrarots und der Standard für Infrarotdetektoren und Gassensoren. Undurchsichtig für sichtbares Licht – sieht mit bloßem Auge wie ein „schwarzer Spiegel“ aus.

Quarzglas – Hervorragende Leistung von UV bis Nahinfrarot mit hervorragender optischer Gleichmäßigkeit, wodurch es sich ideal für präzise optische Messanwendungen eignet.

2. Fensterkonfiguration: flache Fenster, Kugelfenster und geneigte Fenster

Nach der Materialauswahl geht es im nächsten Schritt an die Struktur – die Fensterkonfiguration bestimmt die optische Leistung:

Flaches Fenster – das einfachste; Licht dringt direkt durch, ohne den optischen Pfad zu verändern, und wird für die Verpackung von Detektoren verwendet. Das flache Fenstergehäuse H:6.1 TO39 von Xuri ist genau dieses Design.

Sphärisches Fenster – dient gleichzeitig als Linse, fokussiert den Strahl und verbessert die Kopplung, während gleichzeitig externe Linsen entfallen; gebräuchliche Form der TO-Kappe. Die Kugelfensterkappe TO56-φ1,5 von Xuri ist genau dieses Design.

Kippfenster – Das Fenster ist in einem bestimmten Winkel (normalerweise 8°) geneigt, um zu verhindern, dass der Laser seinen Weg zurückverfolgt und eine optische Rückkopplung erzeugt; Wird für Hochgeschwindigkeitslaser verwendet. Das TO46-Schrägfenster von Xuri ist genau dieses Design.

Das Fenster wird durch den GTMS-Prozess mit der Metallhülle abgedichtet – Lichtdurchlässigkeit, Luftdichtheit und mechanische Festigkeit sind integriert; Dies ist die technische Barriere optischer Fensterprodukte.

[Nächste Folge] Nächstes Mal: ​​Die Reise der TO-Verpackungsfamilie – von TO5 bis TO56, welche Geschichten verbergen sich hinter den Dimensionen?

[Glossar]

1. Saphir : Einkristall-Aluminiumoxid, Mohs-Härte 9, Transmissionsbereich 0,15–5,5 μm; bevorzugt für hochwertige optische Fenster

2. Germaniumfenster : ein infrarotoptisches Material mit einem Transmissionsbereich von 2–14 μm; Verpackungsstandard für Infrarotdetektoren

3. Optische Rückkopplung : Der Laser kehrt auf seinem ursprünglichen Weg zum Resonanzhohlraum zurück und verursacht eine instabile Laserausgabe.

4. Transmissionsgrad : das Verhältnis der Intensität des durchgelassenen Lichts zur Intensität des einfallenden Lichts; der Kernindikator optischer Fenster