Двояковыпуклые линзы из кремния Si
Изготавливаем двояковыпуклые линзы из монокристаллического кремния (Si) для ИК-оптики и тепловидения 3–5 мкм — собирающие положительные линзы с двумя сферическими выпуклыми поверхностями. Кремний легче германия (плотность 2,33 против 5,33 г/см³), показатель преломления n ≈ 3,4 при 5 мкм. Стандартный ряд D = 12,7…50,8 мм, dN ≤ 1 (λ = 632,8 нм). По чертежу или ТЗ заказчика, от 1 шт.
Для тонких двояковыпуклых линз из Si. Требования к ошибкам формы поверхности N и dN снимаются, если отношение толщины линзы по оси tc к диаметру D меньше 1/10 (tc/D < 1/10).
Стандартные размеры двояковыпуклых линз из Si
| D, мм | FL, мм | R, мм | tc, мм | te, мм | № заказа |
|---|---|---|---|---|---|
| 12,7 | 12,7 | 60,78 | 2,7 | 2,0 | BCX13-01 |
| 12,7 | 19,0 | 91,72 | 2,4 | 2,0 | BCX13-02 |
| 12,7 | 25,0 | 120,66 | 2,3 | 2,0 | BCX13-03 |
| 19,05 | 19,0 | 91,53 | 3,0 | 2,0 | BCX13-04 |
| 19,05 | 25,0 | 120,54 | 2,8 | 2,0 | BCX13-05 |
| 19,05 | 50,0 | 242,18 | 2,4 | 2,0 | BCX13-06 |
| 19,05 | 75,0 | 363,71 | 2,2 | 2,0 | BCX13-07 |
| 25,4 | 25,0 | 120,32 | 3,3 | 2,0 | BCX13-08 |
| 25,4 | 50,0 | 242,04 | 2,7 | 2,0 | BCX13-09 |
| 25,4 | 75,0 | 363,65 | 2,4 | 2,0 | BCX13-10 |
| 25,4 | 100,0 | 485,17 | 2,3 | 2,0 | BCX13-11 |
| 38,1 | 50,0 | 241,40 | 4,5 | 3,0 | BCX13-12 |
| 38,1 | 75,0 | 363,06 | 4,0 | 3,0 | BCX13-13 |
| 38,1 | 100,0 | 484,67 | 3,7 | 3,0 | BCX13-14 |
| 38,1 | 150,0 | 727,75 | 3,5 | 3,0 | BCX13-15 |
| 50,8 | 50,0 | 240,99 | 5,7 | 3,0 | BCX13-16 |
| 50,8 | 100,0 | 484,47 | 4,3 | 3,0 | BCX13-17 |
| 50,8 | 150,0 | 727,64 | 3,9 | 3,0 | BCX13-18 |
| 50,8 | 200,0 | 970,70 | 3,7 | 3,0 | BCX13-19 |
| 50,8 | 250,0 | 1213,77 | 3,5 | 3,0 | BCX13-20 |
* Численные параметры соответствуют длине волны 4,3 мкм (n = 3,43). У симметричных двояковыпуклых линз R1 = R2 = R.
Спектр пропускания полированного окна из Si зонной плавки (FZ) толщиной 5 мм в диапазоне 2,5–25 мкм; p-проводимость, удельное сопротивление 2,5–4,3 кОм·см.
Спектр пропускания полированного окна из Si (Cz) толщиной 6,8 мм в диапазоне 2,5–25 мкм.
Физические свойства кремния (Si)
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Плотность | 2,33 г/см³ |
| Температура плавления | 1420 °C |
| Теплопроводность | 162,3 Вт/(м·K) при 273 K |
| Коэффициент термического расширения | 4,15 × 10⁻⁶ /K |
| Твёрдость по Кнупу | 1150 |
| Удельная теплоёмкость | 703 Дж/(кг·K) |
| Диэлектрическая проницаемость (10 ГГц) | 13 |
| Модуль Юнга E | 131 ГПа |
| Модуль сдвига G | 79,9 ГПа |
| Модуль объёмной деформации K | 102 ГПа |
| Упругие константы | C₁₁ = 167 ГПа; C₁₂ = 65 ГПа; C₄₄ = 80 ГПа |
| Коэффициент Пуассона | 0,266 |
Оптические свойства кремния (Si)
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Диапазон пропускания | 1,2 – 15 мкм |
| Показатель преломления n | 3,4223 (λ = 5 мкм) |
| Потери на отражение | 51 % (λ = 5 мкм, 2 поверхности) |
| dn/dT | 160 × 10⁻⁶ /K |
| dn/dµ = 0 | 10,4 мкм |
| Коэффициент поглощения | 1 × 10⁻³ см⁻¹ (λ = 3 мкм) |
Химические свойства кремния (Si)
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Растворимость в воде | В воде не растворим |
| Молекулярный вес | 28,09 |
| Класс | Кубический, структура алмаза |
Показатель преломления Si по длине волны
| Длина волны, мкм | 1,40 | 1,50 | 1,66 | 1,82 |
|---|---|---|---|---|
| Показатель преломления | 3,49 | 3,48 | 3,47 | 3,46 |
| Длина волны, мкм | 2,05 | 2,50 | 3,50–5,00 | 6,00–25,00 |
| Показатель преломления | 3,45 | 3,44 | 3,43 | 3,42 |
Технические характеристики
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Материал | Монокристаллический Si: Si-Cz (Чохральский) или Si-Fz (зонная плавка) |
| Тип линзы | Двояковыпуклая сферическая (две выпуклые поверхности, R1 = R2 для симметричных) |
| Диаметр | 12,7 – 50,8 мм (стандартный ряд BCX13-01…BCX13-20); до 300 мм для Si-Cz, до 100 мм для Si-Fz |
| Радиусы R1, R2 | По расчёту фокусного расстояния (n = 3,43 при 4,3 мкм) |
| Местная ошибка формы dN | ≤ 1 (λ = 632,8 нм) |
| Общая ошибка формы N | По ТЗ (типовое N = 3…5) |
| Чистота поверхности (S/D) | До 40/20 по MIL-PRF-13830B |
| Условие снятия N и dN для тонких линз | tc/D < 1/10 |
| Просветляющее покрытие | AR на 3–5 мкм или 8–12 мкм — на обе поверхности |
| Удельное сопротивление | 5–40 Ом·см (стандарт); высокоомный Si — для пропускания 30–100 мкм |
Параметры в таблице — стандартный размерный ряд. Изготавливаем двояковыпуклые линзы из Si любых диаметров и фокусных расстояний по чертежу или ТЗ заказчика, от 1 шт.
Изготовление
Для производства двояковыпуклых линз из монокристаллического кремния применяем технологию обработки полупроводниковых ИК-материалов:
- выбор сорта материала: Si-Cz (Чохральский, до 300 мм, есть полосы поглощения O₂ при 5,8/9,1/19,4 мкм) или Si-Fz (зонная плавка, до 100 мм, слабые полосы O₂);
- распиловка слитков;
- сферическое алмазное шлифование первой выпуклой поверхности под расчётный радиус R1;
- центровка по оптической оси и шлифование второй выпуклой поверхности под R2;
- тонкая шлифовка и доводка обеих сферических поверхностей;
- финишная полировка под контроль dN на интерферометре (λ = 632,8 нм);
- контроль чистоты поверхности по MIL-PRF-13830B (S/D);
- нанесение AR-покрытия (3–5 или 8–12 мкм) на обе стороны.
Кремний при 51 % френелевских потерь от двух полированных поверхностей требует AR-покрытия. Слабо легированный Si (5–40 Ом·см) обеспечивает лучшую прозрачность в среднем ИК; высокоомный — расширяет пропускание в дальний ИК (30–100 мкм).
Области применения
- Тепловизионная оптика 3–5 мкм (MWIR) — фокусирующие двояковыпуклые элементы в объективах, вместо более тяжёлого Ge;
- ИК-объективы и коллиматоры спектроскопических приборов;
- Сборки склеенных дублетов с Ge, ZnSe, ZnS для коррекции хроматизма в MWIR/LWIR;
- Подложки для лазерных зеркал — лёгкие, с хорошей теплопроводностью (162 Вт/(м·K));
- Окна и линзы Si-Fz для приборов с минимальным фоновым поглощением кислородных полос;
- Высокоомный кремний для оптики дальнего ИК (30–100 мкм);
- Мишени с полированными торцами для нейтронной физики.
Как купить
Изготавливаем двояковыпуклые линзы из Si по чертежу или ТЗ заказчика, от единичных образцов до серийных партий. Отправьте запрос с диаметром, фокусным расстоянием, радиусами R1/R2, сортом материала (Cz / Fz), удельным сопротивлением и требованиями по AR-покрытию на info@quartz-prom.ru или позвоните +7 (499) 703-06-40.
Часто задаваемые вопросы
Si или Ge для тепловизионной оптики?
Si — для MWIR (3–5 мкм): легче (2,33 против 5,33 г/см³), дешевле, лучше работает в авиационных и носимых системах. Ge — для LWIR (8–14 мкм) и CO₂-лазеров. Часто Si и Ge склеиваются в дублет для широкополосной MWIR/LWIR-оптики.
Si-Cz или Si-Fz?
Si-Cz (Чохральский) — до 300 мм, содержит кислород, что даёт полосы поглощения при 5,8 / 9,1 / 19,4 мкм. Si-Fz (зонная плавка) — до 100 мм, чище, со слабыми полосами O₂. Для прецизионной MWIR-оптики предпочтителен Fz.
Симметричные R1 = R2 или несимметричные двояковыпуклые?
Стандартный ряд BCX13-01…BCX13-20 — симметричный. Несимметричную пару R1 ≠ R2 рассчитываем по ТЗ для оптимизации схемы.
Зачем высокоомный кремний?
Высокоомный Si имеет длинноволновую полосу пропускания в диапазоне 30–100 мкм, что недостижимо для стандартного оптического Si.
Какой максимальный диаметр?
В стандартном ряду — 50,8 мм. Для Si-Cz — до 300 мм, для Si-Fz — до 100 мм. Большие диаметры — по согласованию.
От какого количества возможен заказ?
От 1 штуки. Серийные партии — по согласованному графику.
В заявке указываете точные параметры, количество экземпляров и любые дополнительные требования, включая чертежи (если это необходимо).
Мы также согласовываем сроки изготовления и доставки.
Готовую продукцию мы отправляем вам с доставкой по Москве и другим регионам.
Вы получите уведомление о готовности и времени доставки.
Балаклавский проспект, 24, к. 1, оф. 1/1 Главный офис
