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GUIDE DE SÉLECTION
Guide de sélection Fenêtres
Edmund Optics® (EO) offre une grande variété de fenêtres qui sont appropriées
pour des applications dans les plages de longueurs d’onde de l’ultraviolet, du
visible et de l’infrarouge. Le choix de la fenêtre appropriée est essentiel au succès
de l’application. Les principaux facteurs à prendre en considération sont le
matériau du substrat, les options de traitement et la précision optique et
mécanique.
Matériau du substrat :
Les facteurs clés dans le choix d’un substrat de fenêtre sont l’indice de
réfraction, la dispersion et la plage de transmission du matériau.
L’indice de réfraction est une description de la façon dont la lumière ralentit
lorsqu’elle traverse un matériau optique. Les matériaux à faible indice
de réfraction sont communément appelés verre crown, et ces matériaux
présentent moins de reflets non traités que les matériaux ayant un indice
de réfraction élevé. Pour la plupart des applications de fenêtres, un faible
indice de réfraction est préférable.
La dispersion est une description de la variation de l’indice de réfraction
en fonction de la longueur d’onde. Elle est spécifiée à l’aide du nombre
d’Abbe, νd, et mesurée avec les indices de réfraction à 486,1 nm (raie
d’hydrogène F), 587,6 nm (raie d’hélium d) et 656,3 nm (raie d’hydrogène
C). Un nombre d’Abbe faible indique une dispersion élevée. Pour la plupart
des applications de fenêtres, une faible dispersion est préférable.
La plage de transmission est une description du spectre utilisable sur lequel
un matériau présente une faible absorption. Bien que les besoins en matière de
transmission varient selon l’application, Edmund Optics® définit généralement
la plage de transmission comme la plage de longueurs d’onde sur laquelle un
matériau présente une absorption inférieure à 25%. Pour la plupart des applications
de fenêtres, une large plage de transmission est préférable.
Options de traitement :
Lorsque la lumière passe de l’air à travers une fenêtre non traitée, une partie
de la lumière sera réfléchie en raison d’un phénomène dit de réflexion
de Fresnel. Plus l’indice de réfraction de la fenêtre est élevé, plus la perte
par réflexion sera importante. Les matériaux à faible indice de réfraction
ont une perte d’environ 8% dans le spectre visible, tandis que les matériaux
à indice plus élevé, comme le sulfure de zinc (ZnS), ont une perte >30%.
Cette perte peut être minimisée en choisissant le bon traitement antireflet
(AR). EO offre 3 types de traitement AR - monocouche, large bande
(BBAR) et le traitement en V.
Les traitements monocouches sont les traitements AR les plus simples
qui existent. Une seule couche mince d’un matériau diélectrique, généralement
du fluorure de magnésium (MgF2), est déposée de chaque côté de
la fenêtre pour réduire la réflexion de Fresnel. L’épaisseur est soigneusement
choisie pour réduire la réflexion à la longueur d’onde de conception
(généralement le centre du spectre visible, 550 nm). Un traitement MgF2
monocouche peut augmenter la transmission d’une fenêtre optique de
~92% à ~97%, offrant une valeur exceptionnelle à un faible coût.
Les traitements à large bande (BBAR) combinent plusieurs couches
de matériaux diélectriques multiples, pour assurer une fenêtre hautement
transmissive sur une large gamme de longueurs d’onde. EO offre une
grande variété de traitements BBAR pour les applications dans l’ultraviolet
(UV), l’ultraviolet visible (UV-VIS), le visible (VIS), le visible proche infrarouge
(VIS-NIR), le proche infrarouge (NIR), l’infrarouge à ondes moyennes
(MWIR) et le l’infrarouge à ondes longues (LWIR). Ces traitements
peuvent augmenter la transmission d’une fenêtre optique de ~92% à
>99%, offrant une valeur exceptionnelle à un faible coût. Ils sont toutefois
plus compliqués et plus coûteux que les traitements à couche unique, et
ils offrent une transmission beaucoup plus faible qu’une fenêtre à couche
unique ou non traitée à des longueurs d’onde situées à l’extérieur de la
plage de conception du traitement.
Les traitements AR en V combinent plusieurs couches de matériaux diélectriques
multiples pour assurer une transmission exceptionnellement élevée sur
une longueur d’onde étroite. EO offre une grande variété de traitements en V
aux raies laser courantes dans l’UV, le VIS et le NIR. Ces traitements peuvent
augmenter la transmission d’une fenêtre optique de ~92% à >99,5%, offrant
une valeur exceptionnelle à un faible coût. Ils sont toutefois plus compliqués et
plus coûteux que les traitements à couche unique, et ils offrent une transmission
beaucoup plus faible qu’une fenêtre à couche unique ou non traitée à des
longueurs d’onde situées à l’extérieur de la plage de conception du traitement.
Précision optique et mécanique :
Les fenêtres optiques sont souvent utilisées comme barrières de protection
pour séparer les capteurs, détecteurs ou autres composants sensibles d’un
environnement externe. La précision exigée de cette fenêtre est spécifique à
l’application et les considérations de précision devraient inclure la planéité
de la surface, la qualité de la surface et le parallélisme de la fenêtre.
La planéité de surface, parfois spécifiée comme une irrégularité de surface
ou une erreur de front d’onde transmise, est une mesure de la planéité de chacune
des surfaces des fenêtres. Typiquement mesurée en « ondes » par rapport
à 632,8 nm, une planéité de surface de 1/10ème d’onde est équivalente
à une planéité de 63,28 nm. En règle générale, les fenêtres à 1/10e d’onde ou
mieux sont préférées pour les applications laser, les fenêtres à ¼ ou mieux sont
préférées pour les applications d’imagerie, et les fenêtres moins précises sont
préférées pour les applications d’éclairage ou de détection.
La qualité de surface est une évaluation des imperfections de surface,
telles que les rayures et les entailles, ou les creux, qui peuvent être causés
pendant le processus de fabrication ou de manipulation. Selon la norme
MIL-PRF-13830B, la qualité de surface est décrite par un nombre « scratch »
détaillant la luminosité des rayures, suivi d’un nombre « dig », mesurant le
plus grand composant creusé en 1/100ème de millimètre. Pour les qualités
de surface 10-5 et 20-10, les défauts sont pratiquement invisibles. Ces qualités
sont généralement réservées aux applications laser. Pour les qualités de
surface de 40-20, les défauts sont à peine visibles. Ces qualités sont souvent
spécifiées pour des applications d’imagerie. Les défauts se voient facilement
avec des qualités de surface de 60-40 ou 80-50, mais ces qualités sont toujours
appropriées pour des applications d’éclairage ou de détection.
Le parallélisme est la mesure de la déviation de l’alignement des deux
surfaces d’une fenêtre optique. Les fenêtres qui sont fabriquées par polissage
double face sont en général hautement parallèles (< 5 arcsecondes).
Les fenêtres qui sont fabriquées par polissage d’un seul côté sont généralement
quelque peu parallèles (<5 arcminutes). Et les fenêtres qui ne sont
pas polies (par ex. BOROFLOAT®) ont un parallélisme non spécifié. Des
fenêtres fortement parallèles sont recommandées pour les applications
d’imagerie. Des niveaux inférieurs de parallélisme sont généralement recommandés
pour les applications laser. Et le parallélisme non spécifié est
généralement approprié pour les applications d’éclairage et de détection.
Guide de sélection Fenêtres
Matériau
Longueur d'onde
recommandée
(nm)
Indice de
réfraction
(nd)
Nombre
d'Abbe
(vd)
Densité
(g/cm3)
Coefficient de
dilatation thermique
(μm/m°C)
Temp. de
ramolissement
(˚C)
Dureté
Knoop Taille Épaisseur Page #
Silice fondue UV 200 - 2.200 1,458 67,7 2,20 0,55 1000 500 5 - 150 mm 1,0 - 8,0 mm 113-114, 119-120
Silice fondue IR 200 - 3.500 1,459 67,8 2,20 0,52 1627 522 12,7 - 50,8 mm 1,0 mm 114
Suprasil® 300 200 - 3.500 1,459 67,8 2,20 0,51 1600 591 5 - 50 mm 1,0 - 3,0 mm 114
N-BK7 350 - 2.200 1,517 64,2 2,46 7,1 557 610 5 - 150 mm 0,2 - 10,0 mm 115, 119
B270 350 - 2.000 1,523 58,5 2,55 8,2 533 542 5 - 200 mm 1,0 - 4,0 mm 116
BOROFLOAT® 350 - 2.000 1,472 65,7 2,20 3,25 820 480 5 - 200 mm 1,1 - 6,5 mm 117
Gorilla® Glass 350 - 2.200 1,509 N/A 2,44 9,1 843 5100 5 - 500 x 500 mm 1,1 mm 117
Saphir 200 - 5.500 1,768 72,2 3,97 5,3 2000 2200 1 - 100 mm 0,4 - 3,2 mm 121,126
Germanium (Ge) 2.000 - 14.000 4,003 N/A 5,33 6,1 936 780 10 - 76,2 mm 1,0 - 5,0 mm 122-123
Séléniure de zinc (ZnSe) 600 - 18.000 2,403 N/A 5,27 7,1 250 120 10 - 127 mm 1,0 - 6,0 mm 123
Bromure de potassium (KBr) 250 - 26.000 1,527 33,6 2,75 43 730 7 13 - 50 mm 1,0 - 5,0 mm 124
Silicium (Si) 1.200 - 7.000 3,422 N/A 2,33 2,55 1500 1150 10 - 50 mm 1,0 - 3,0 mm 124
Chlorure de sodium (NaCl) 250 - 16.000 1,491 42,9 2,17 44 801 18,2 13 - 50 mm 1,0 - 5,0 mm 124
Sulfure de zinc (ZnS) 400 - 12.000 2,631 N/A 5,27 7,6 1525 120 12,5 - 50 mm 2,0 - 4,0 mm 124
Fluorure de magnésium (MgF2) 120 - 7.000 1,413 106,2 3,18 13,7 1255 415 5 - 50,8 mm 1,0 - 3,0 mm 125
Fluorure de baryum (BaF2) 200 - 14.000 1,475 81,6 4,89 18,1 800 82 5 - 50,8 mm 1,0 - 3,0 mm 125
Fluorure de calcium (CaF2) 200 - 7.000 1,434 95,1 3,18 18,85 800 158,3 5 - 125 mm 1,0 - 6,0 mm 125