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光学窓の選択フッ化カルシウムとその競合品
はじめに
光学窓は多くの機器に使用されている。繊細な部品を保護しながら光を通す。カメラからレーザーに至るまで、多くの機器がこれらの窓に依存している。一般的な材料のひとつに、フッ化カルシウムがあります。
フッ化カルシウムの特性
フッ化カルシウムはよく知られた結晶です。優れた光透過性で使用されています。波長130ナノメートル付近の深紫外から9マイクロメートル付近の赤外まで透明です。そのため、多くの光学用途に有用である。可視域で約1.43という低い屈折率は、反射損失の低減に役立っている。フッ化カルシウムは熱安定性でも知られています。光学特性に大きな変化を与えることなく、適度な熱変化に対応します。これらの特徴により、高性能光学システムに使用されるレンズやプリズムの定番となっている。
半導体リソグラフィやレーザーシステムのような一般的なケースでは、フッ化カルシウムのウィンドウは、その低分散性が珍重されています。複雑な光路でもビーム品質を維持します。低信号損失が不可欠な場合によく選ばれます。
さらに読む産業用途における一般的なフッ化物材料
フッ化カルシウムと溶融シリカの比較
溶融シリカも広く使用されている光学材料です。非常に強く、高温に耐えます。光の透過率は、紫外域の180ナノメートル付近から始まり、近赤外域まで広がります。しかし、屈折率は1.46程度で、フッ化カルシウムより少し高い。この高い屈折率により、表面での光の反射が多くなります。溶融シリカは、機械的強度と耐久性を必要とする用途に適しています。対照的に、フッ化カルシウムは、最小限の分散と低散乱が必要な場合に選ばれます。
例えば、レーザー光学部品に使用される場合、フッ化カルシウムの低分散はビーム品質を向上させることができます。 過酷な環境では、その堅牢性から溶融シリカが好まれるかもしれません。 それぞれの材料は、アプリケーションの要件に応じて、明確な利点を提供します。
フッ化カルシウムとサファイアの比較
サファイアは非常に硬く耐久性のある材料です。ひどい引っかき傷や高い機械的負荷にも耐えることができます。サファイア・ウィンドウは過酷な条件に最適です。高温でも低温でも優れた性能を発揮します。サファイアの透過率は一般的に可視光線領域からですが、フッ化カルシウムはそれよりも広い透過率を持ちます。スペクトルの紫外線と赤外線の部分に適しています。この2つのどちらを選ぶかは、使用条件によって異なります。耐傷性が優先される場合は、サファイアの勝ちです。広い波長域が必要な場合は、フッ化カルシウムが最適かもしれません。
実際には、一部のレーザーシステムや高度な画像処理用途では、より広いスペクトルでの吸収が少ないフッ化カルシウムが好まれる傾向にある。
さらに読む：サファイア、ルビー、アルミナ基板の選び方
フッ化カルシウムとフッ化マグネシウムの比較
フッ化マグネシウムも有用な光学材料です。その透過範囲は、多くの場合、紫外域の約120ナノメートルから赤外域の7マイクロメートルに及ぶ。屈折率は約1.38で、フッ化カルシウムや溶融シリカよりも低い。屈折率が低いフッ化マグネシウムは反射がさらに少なく、最大限の透過率が必要な場合には理想的かもしれません。しかし、フッ化カルシウムは湿気に対する耐性が高く、多くの条件下で熱安定性に優れています。
どちらの材料にも長所があります。フッ化マグネシウムは、より低い屈折率で輝きを放ちます。フッ化カルシウムは、透過率、安定性、低分散性 の総合的なバランスでニッチを確立している。
フッ化カルシウムとセレン化亜鉛の比較
セレン化亜鉛はこれまでの結晶とは大きく異なります。フッ化亜鉛は赤外領域でよく機能します。その透過率は通常0.6マイクロメートル付近から始まり、20マイクロメートルまで上がります。そのため、赤外線イメージングや赤外線分光に理想的です。しかし、セレン化亜鉛は紫外線領域には適していません。フッ化カルシウムは使用範囲がはるかに広い。紫外線を透過させる能力は、必要なときに明確な利点となります。さらに、フッ化カルシウムは特定の精密用途において、より高い透明度を提供します。
紫外から赤外までの波長でシステムを作動させる必要がある場合、多くの場合、フッ化カルシウムの方が良い選択となります。セレン化亜鉛は、深赤外性能が重要な特殊用途にのみ使用されます。
選び方
最適な光学窓材を選ぶには、いくつかの要因があります。まず、必要な波長を確認します。各材料には特定の透過範囲があります。次に、環境を考慮します。その部品は高いストレスや極端な温度にさらされていますか？過酷な環境ではサファイアや石英の方が良いかもしれません。クリーンで安定した環境では、フッ化カルシウムが非常に効果的です。
また、機械的強度と傷の可能性についても考えてみてください。サファイアは最も硬い素材の一つです。最後に、コストと製造の容易さについて考えてみましょう。それぞれの素材には、それなりの価格と加工上の課題が伴います。多くの場合、光学性能と耐久性のバランスが最終的な決定につながります。
よくある質問
F：フッ化カルシウムの波長域はどのくらいですか？
Q: 紫外線の約130ナノメートルから赤外線の約9マイクロメートルまで透過します。
F: なぜフッ化カルシウムではなくサファイアを選ぶのですか？
Q: サファイアは高い耐傷性と機械的耐久性で選ばれています。
F: 屈折率が最も低い材料はどれですか？
Q: フッ化マグネシウムの屈折率はおよそ1.38で、最も低い値です。
Chin Trento
