Kuinka valita oikea mukautettu optinen prisma projektiisi

Väärä prisman geometria. Taitekerroin ei täsmää. Pinnoite, joka hajoaa käyttöaallonpituudellasi. Mikä tahansa näistä virheistä voi vaarantaa koko optisen järjestelmän – ja mukautettuja optisia prismoja käytettäessä virhemarginaali on käytännössä nolla. Tässä on käytännön kehys oikean puhelun soittamiseen ennen tilauksen tekemistä.

Aloita optisesta toiminnastasi, älä muodosta

Yleisin insinöörien tekemä virhe on prismageometrian johtaminen. Oikea lähtökohta on optinen tehtävä: suuntaatko säteen uudelleen, käännätkö kuvan, jaatko valoa aallonpituuden mukaan vai kollimoitko valonohjaimen ulostuloa? Jokainen funktio liittyy tiettyyn prismaperheeseen.

• Palkin taipuma (90°): Suorakulmaiset prismat käyttävät täydellistä sisäistä heijastusta valon suuntaamiseen ilman peilipinnoitetta – ihanteellinen laserkohdistukseen ja kompakteihin instrumentteihin.
• Kuvan käännös ilman sivuttaissiirtoa: Dove-prismat kiertävät kuvaa kaksi kertaa prisman omaan kiertokulmaan verrattuna, ja sitä käytetään laajalti pyörivissä optisissa kokoonpanoissa ja endoskooppisissa järjestelmissä.
• Pysty kuva kiikareissa ja etäisyysmittauksissa: Porro- ja kattoprismat (esim. Amici) taittavat optisen reitin ja korjaavat kuvan suuntaa samanaikaisesti, mikä mahdollistaa kompaktien, pitkän polttovälin instrumenttien.
• Spektridispersio: Tasasivuiset ja Pellin-Broca-prismat erottavat aallonpituudet kulmatarkkuudella, mikä on välttämätöntä spektrometreille ja aallonpituuden valitsimille.
• Kevyt homogenointi ja ohjaus: Valonohjauslohkot jakavat ja sekoittavat valaistuksen tasaisesti – kriittinen komponentti projektoreissa, HUD:issa ja konenäkövalaisimissa.

Kun olet lukinnut optisen toiminnon, geometria seuraa luonnostaan. Jos toimintoa yritetään muuttaa luettelomuodosta, se johtaa kompromisseihin, jotka kummittelevat koko järjestelmää.

Materiaalin valinta: päätös, jota ei voi kumota

Materiaali määrittää taitekertoimen, lähetysalueen, lämpökäyttäytymisen ja mekaanisen kestävyyden – kaikki kerralla. Mukautettujen optisten prismien kolmella yleisimmällä substraatilla on jokaisella erillinen sovelluskuori:

BK7 on oletusarvo kustannusherkissä näkyvän valon sovelluksissa. Sulatettu piidioksidi tulee välttämättömäksi, kun järjestelmäsi toimii UV-kaistalla tai kun lämpögradientit siirtävät painopistettä BK7-elementissä. Sapphire on laadukas, mutta se tarjoaa kovuuden (Mohs 9) ja lähetysikkunan, joka ulottuu syvälle keski-infrapunaan – joten se on oikea valinta puolustusantureille, teollisille laserikkunoille ja kaikille hankauksille alttiille pinnoille. Sovelluksille, jotka on yhdistetty tarkkuusoptiset ikkunat samalla optisella polulla , substraattiperheiden sovittaminen komponenttien välillä välttää lämpölaajenemiserot järjestelmätasolla.

Toleranssit: Määritä, mitä todella tarvitset

Toleranssien ylimäärittely on kallista. Niiden alimäärittely on katastrofaalista. Tärkeimmät parametrit minkä tahansa mukautetun optisen prisman tilauksen yhteydessä ovat:

• Kulmatoleranssi: Normaali työpajatyö kestää ±3 kaariminuuttia. Tarkkuustyö saavuttaa ±30 kaarisekuntia. Huippuluokan laser- ja metrologiset prismat voivat vaatia ±1 kaarisekuntia – mikä tarkoittaa pidempiä läpimenoaikoja ja korkeampia kustannuksia. Määritä vain, mitä järjestelmävirhebudjettisi todella vaatii.
• Pinnan tasaisuus: Ilmaistaan osana testiaallonpituutta (λ). λ/4 kattaa useimmat kuvantamissovellukset; λ/10 tai λ/20 tarvitaan interferometrisiin tai aaltorintamaherkkiin järjestelmiin.
• Pinnan laatu (raaputa kaivaa): 60-40 on hyväksyttävä useimmille soittimille. Laservauriokynnyssovellukset ja heijastuksenestopinnoitetut pinnat tarvitsevat usein 20-10 tai enemmän.
• Lähetetyn aaltorintaman virhe (TWE): Koherenttien sädereittien sisällä oleville prismille TWE (tyypillisesti määritelty λ RMS:ssä) on hallitseva mittari – se on suoremmin sidottu järjestelmän suorituskykyyn kuin pelkkä pintaluku.

Toimittaja, jolla on oma interferometrinen testaus, voi varmistaa TWE:n ennen toimitusta; Pyydä aina testiraportti, erityisesti prismien sisäänmenemisestä järjestelmät, jotka yhdistävät prismat tarkkuusoptisiin linsseihin .

Pinnoitteet: Viimeiset 5 %, jotka muuttavat kaiken

Päällystämätön BK7-pinta heijastaa noin 4 % tulevasta valosta rajapintaa kohden. Suorakulmainen prisma, jossa on kaksi taitepintaa, voi menettää lähes 8 % suorituskyvyn ennen kuin yksittäinen heijastus tapahtuu. Heijastuksenestopinnoitteet (AR) vähentävät tämän alle 0,5 %:n pintaa kohden määritellyllä kaistalla – mikä on merkittävä lisäys kaikissa siirtokriittisissä järjestelmissä.

AR-pinnoitteiden lisäksi prisman sisällä olevat heijastavat pinnat saattavat tarvita parannettuja alumiini- tai kultapinnoitteita, kun sisäiseen täydelliseen heijastukseen ei voida luottaa (esim. kun säteen kulma putoaa TIR-kartion ulkopuolelle). Laservauriokynnys (LDT) -pinnoitteet ovat pakollisia suuritehoisissa pulssijärjestelmissä. Määritä toimittajallesi aallonpituus, polarisaatiotila, tulokulma ja huippuvirtaus – nämä parametrit yhdessä määrittävät pinnoitteen suunnittelun, eivät pelkästään aallonpituutta. Optiset lasisuodattimet Prismojen rinnalle integroituna samassa kokoonpanossa usein jaetaan pinnoitusajot, mikä voi alentaa kustannuksia, kun ne tilataan yhdessä.

Ympäristö- ja asennusolosuhteet

Täydellisesti optisella penkillä toimiva prisma voi epäonnistua kentällä, jos ympäristötekijöitä ei ole otettu huomioon suunnittelussa. Tärkeimmät kysymykset, joihin on vastattava ennen määrittelyn viimeistelyä:

• Käyttölämpötila-alue ja muutosnopeus (lämpösokkiriski)
• Kosteus ja kemiallinen altistuminen (pinnoitteen tarttuvuus ja lasin kestävyys)
• Tärinä- ja iskukuormat (kiinnitysrajapinta - liimattu, kiinnitetty tai kinemaattinen)
• Tyhjiöyhteensopivuus (kaasun poisto sementoiduissa prismakokoonpanoissa käytetyistä sementeistä)

Puolustus-, ilmailu- tai ulkoteollisuusjärjestelmissä sulatetut piidioksidi- ja safiirisubstraatit, joissa on kovat ja kestävät pinnoitteet, ylittävät standardilasin kaikissa neljässä kriteerissä. Jos projektisi sisältää mukautetut optiset prismat laser-, puolijohde- tai autooptiikkasovelluksiin , dokumentoimalla koko ympäristökuoren etukäteen vältytään kalliilta uudelleensuunnittelulta pätevyystestauksen jälkeen.

Työskentely räätälöidyn toimittajan kanssa

Räätälöidyn optisen prisman laatu on vain yhtä hyvä kuin antamasi tiedot. Täydellisen spesifikaatiopaketin tulee sisältää: mitoitettu piirustus GD&T-viitteineen, alustan merkintä, pinnan laatuvaatimukset, pinnoitteen tiedot (aallonpituus, AOI, polarisaatio) ja ympäristöolosuhteet. Toimittajat, jotka esittävät selventäviä kysymyksiä - sen sijaan että hyväksyisivät vain puutteellisen piirustuksen - ovat yleensä niitä, joiden osat toimivat odotetulla tavalla.

Räätälöityjen prismien toimitusaika vaihtelee kahdesta kahdeksaan viikkoon riippuen alustan saatavuudesta, toleranssivaatimuksista ja pinnoitteen monimutkaisuudesta. Jos projektisi aikataulu on kiinteä, keskustele materiaalivarastosta ja pinnoituskapasiteetista ennen kuin sitoudut pitkiä hankintasyklejä vaativaan spesifikaatioon.

Prisman saaminen oikeaan ensimmäisellä kerralla ei tarkoita ylisuunnittelua – kyse on jokaisen parametrin sovittamisesta järjestelmän todellisiin vaatimuksiin, ei enempää eikä vähempää.