Плосковыпуклые линзы из сульфида цинка CVD-ZnS

Сферические плосковыпуклые линзы из сульфида цинка CVD-ZnS используются как одиночные фокусирующие (положительные) линзы, а также как компоненты оптических систем, работающих в инфракрасном ИК спектральном диапазоне.

Параметр	Значение
Местная ошибка формы поверхности для длины волны 632.8 нм, dN не более	dN=1
Класс чистоты полированной поверхности	P IV
Допуск на размеры	± 0.1 мм
Допуск на параксиальное фокусное расстояние	± 2%
Допуск на децентрировку	<5 минут
Световой диаметр	90 % (80%, если размер детали меньше 20 мм)
Фаска	(0.2 - 0.5) мм x 45°

Для тонких плосковыпуклых линз из ZnS сульфида цинка.
Требования к ошибкам формы поверхности N и dN снимаются, если отношение толщины линзы по оси tc к диаметру (размеру) D меньше 1/10, т.е. tc/D < 1/10.

Стандартные размеры плосковыпуклых линз из сульфида цинка ZnS

D, мм	FL, мм	R, мм	tc, мм	te, мм	№ Заказа
12,7	12,7	15,24	3,4	2,0	PCX18-01
12,7	19,0	22,86	2,9	2,0	PCX18-02
12,7	25,0	30,0	2,7	2,0	PCX18-03
19,05	19,0	22,86	4,1	2,0	PCX18-04
19,05	25,0	30,0	3,6	2,0	PCX18-05
19,05	50,0	60,0	2,8	2,0	PCX18-06
19,05	75,0	90,0	2,5	2,0	PCX18-07
25,4	25,0	30,0	4,8	2,0	PCX18-08
25,4	50,0	60,0	3,4	2,0	PCX18-09
25,4	75,0	90,0	2,9	2,0	PCX18-10
25,4	100,0	120,0	2,7	2,0	PCX18-11

* Численные параметры соответствуют длине волны 10,6 мкм (n=2.2).

Оптические изделия из сульфида цинка ZnS (колпаки – обтекатели, окна, плоскопараллельные пластины, линзы, призмы и зеркала) используются в лазерных приборах видимого и ИК спектрального диапазона, а также в оптических системах специального назначения. Основные достоинства кристаллического сульфида цинка – высокая термомеханическая прочность, твердость, химическая инертность и прозрачность в видимой и ИК области спектра (0.4-13.5) мкм. Оптика из ZnS используется в лазерах, работающих в ИК диапазоне на длинах волн 2.8, 3.8 и 5.5 мкм, в приборах формирования изображения для медицинской техники, в системах обнаружения и радиометрии, а также в различных устройствах высокоскоростных летательных аппаратов, т.к. сульфид цинка выдерживает большие аэродинамические нагрузки без существенной деградации оптических характеристик.

При эксплуатации оптических компонентов, испытывающих аэродинамические нагрузки, важными характеристики являются твердость, прочность, коэффициент трещиностойкости и упругие свойства материала.

Благодаря выше перечисленным свойствам, сульфид цинка ZnS используется и как элемент композиционного материала для покрытия оптики из селенида цинка ZnSe, т.к. селенид цинка – менее прочный и менее твердый материал.

Спектр пропускания (T) полированного окна из сульфида цинка CVD-ZnS FLIR grade толщиной 5 мм в диапазоне (2.5 – 25.0) мкм

Спектр пропускания (T) полированного окна из прозрачного сульфида цинка CVD-ZnS MS grade (MultiSpectral) толщиной 5 мм в диапазонах (200 – 1100) нм

Спектр пропускания (T) полированного окна из прозрачного сульфида цинка CVD-ZnS MS grade (MultiSpectral) толщиной 5 мм в диапазонах (2.5 – 25) мкм

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУЛЬФИДА ЦИНКА (ZnS)

Параметр	Значение
Плотность	4.09 г/см3
Температура плавления	1827° C (диссоциирует при 700° C)
Коэффициент теплопроводности	27.2 Вт/(м K) при 298 К
Коэффициент термического расширения	6.5 x 10-6/К при 273 К
Твердость по Кнупу	160 (масса индентора 50 г)
Удельная теплоемкость	515 Дж/(кг K)
Диэлектрическая постоянная	8
Модуль Юнга, E	74.5 ГПа
Предел упругости	68.9 МПа
Коэффициент Пуассона	0.28

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУЛЬФИДА ЦИНКА (ZnS)

Параметр	Значение
Диапазон пропускания	0.37 - 13.5 мкм
Показатель преломления, n	2.20084 (l = 10 мкм)
Потери на отражение	24.7% (l = 10 мкм, 2 поверхности)
dn/dT	38.7 x 10-6/K l = 3.39 мкм
Коэффициент поглощения	0.6 х10-3 см-1, l = 3.8 мкм

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СУЛЬФИДА ЦИНКА (ZnS)

Параметр	Значение
Растворимость	65 х 10-6 г / 100 г воды
Молекулярный вес	97.43
Класс	Поликристалл, кубический, структура ZnS.

Наиболее перспективным методом получения прозрачного материала сульфида цинка ZnS признано газофазное химическое осаждение ZnS при реакции паров цинка Zn и сероводорода H2S. В результате образуется поликристаллический сульфид цинка CVD-ZnS (приставка CVD – Chemical Vapor Deposition). По своей структуре CVD-ZnS – поликристаллический материал, размер микрокристаллов (зерен) является управляемым параметром, который варьируется в процессе производства с целью получения максимальной прочности.

Выращенный таким способом сульфид цинка CVD-ZnS обладает недостаточной прозрачностью в видимой части спектра. Ограничение пропускания в видимом диапазоне обусловлено рассеиванием излучения на оптических микро неоднородностях, образующихся в процессе роста в поликристаллическом CVD-ZnS материале. Оптические неоднородности в виде субмикронных пор и границ между зеренными слоями различной плотности имеют характерные размеры, близкие к длинам волн видимого излучения.

Поликристаллический CVD-ZnS сульфид цинка, прозрачный в ИК области спектра, но с заметным поглощением в видимой части спектра, называется инфракрасным ИК сортом сульфида цинка или CVD-ZnS FLIR grade (FLIR – Forward Looking Infra Red – инфракрасная система переднего обзора), спектральную характеристику пропускания CVD-ZnS FLIR grade.

Улучшить свойства поликристаллического CVD сульфида цинка удается при его последующей обработке высокотемпературным газостатическим прессованием – HIP (Hot Isostatically Pressed). В результате такой обработки получают прозрачный поликристаллический сульфид цинка с максимально высоким пропусканием во всем спектральном диапазоне (0.4 – 13.5) мкм, при этом улучшаются упруго- пластические свойства CVD-ZnS материала. Это происходит благодаря уменьшению концентрации оптических микро неоднородностей, упорядочению структуры и упрочнению межатомных связей. Поликристаллический CVD-ZnS рекристаллизуется в процессе обработки в газостате, при этом формируется структура, близкая к равновесной, с преимущественной кристаллографической ориентацией <111>. CVD-ZnS сульфид цинка, прозрачный в широком диапазоне длин волн (0.4 – 13.5) мкм, называется CVD-ZnS MS grade (MS – MultiSpectral), спектральную характериатику пропускания сульфида цинка CVD-ZnS MS grade