В мире прецизионной оптики и фотоэлектрических систем различные оптические компоненты выполняют свои собственные задачи и работают вместе для решения сложных задач. Методы обработки для различных оптических компонентов различаются. Оконная пластина, являясь одним из широко применяемых элементов, имеет разнообразные методы обработки поверхности. Среди них металлизированное окно, казалось бы, простой, но важный фундаментальный компонент, действует не только как «хранитель» светового пути, но и как «обеспечитель» функциональности системы. Давайте углубимся в его понимание!

I. Определение металлизированного окна​​

Проще говоря, металлизированное окно - это оптический компонент, в котором один или несколько слоев тонких металлических пленок (таких как хром, золото, серебро, алюминий, никель и т. д.) наносятся на край или определенные области поверхности оптической подложки (обычно стекло, кварц, сапфир и т. д.) с помощью прецизионных процессов, таких как вакуумное напыление или распыление.

С точки зрения широкой классификации фильтров, металлизированные окна обычно не попадают в традиционную категорию «фильтров». Традиционные фильтры (например, полосовые фильтры, длинноволновые фильтры) имеют основную функцию выборочного пропускания или отражения определенных диапазонов длин волн света, тем самым изменяя спектральный состав света. Напротив, основная функция окна - защита. Оно должно поддерживать высокую пропускаемость в широком спектральном диапазоне (например, видимом, инфракрасном или ультрафиолетовом) при обеспечении физической изоляции и герметизации от окружающей среды.

Поэтому, говоря точнее, металлизированное окно - это особый подкласс оптического окна. Его особая характеристика заключается в металлизированном покрытии, которое наделяет обычные окна множеством дополнительных функций, которыми они в противном случае не обладали бы.

​​II. Основные причины и функции металлизации​​

Покрытие оптического элемента, который в идеале должен пропускать как можно больше света, непрозрачным металлом может показаться противоречивым, но это шедевр инженерного искусства. Основные причины металлизации заключаются в достижении одной или нескольких из следующих ключевых функций:

1. ​​Достижение электромагнитного экранирования (EMI Shielding):​​Во многих электронных и фотоэлектрических устройствах внутренние прецизионные датчики (например, CCD/CMOS) или лазеры очень восприимчивы к внешним электромагнитным помехам (EMI), а также могут сами излучать мешающие сигналы. Непрерывное, проводящее металлическое покрытие на окне может создать эффективный эффект клетки Фарадея, позволяя свету проходить, одновременно экранируя нежелательные электромагнитные волны, обеспечивая стабильную работу устройства.

​​

2. Обеспечение электрического соединения и заземления:​​ Металлизированный слой является хорошим проводником. Припаивая выводы к нему или осуществляя прямой контакт с металлическим корпусом, он может обеспечивать пути для компонентов на другой стороне окна (например, нагревательные пленки, датчики температуры или электроды, установленные внутри окна). Альтернативно, само окно может быть заземлено, что дополнительно рассеивает статическое электричество и усиливает эффект экранирования.

​​

3. Обеспечение герметичного уплотнения:​​Это чрезвычайно важное применение для металлизированных окон. В устройствах, которые должны поддерживать внутренний высокий вакуум или определенную среду инертного газа (например, лазерные трубки, фотоумножительные трубки, аэрокосмические датчики), окно требует постоянного, абсолютно надежного уплотнения с металлическим корпусом. Использование технологии пайки для приваривания металлизированного слоя на краю окна к металлической оболочке обеспечивает гораздо более надежное герметичное уплотнение по сравнению с методами, такими как склеивание, обеспечивая долгосрочную стабильность внутренней среды.

4. ​​Формирование апертуры или маски:​​ Металлизация не обязательно должна покрывать всю поверхность; ее можно наносить в определенные формы. Нанося металлический светоблокирующий слой определенной формы (например, круглой, квадратной) на поверхность окна, можно точно определить чистую апертуру, эффективно блокируя рассеянный свет и улучшая отношение сигнал/шум и качество изображения системы.

III. Основные области применения​​

Благодаря этим уникальным функциям металлизированные окна широко используются в областях со строгими экологическими требованиями:

• ​​Оборона и аэрокосмическая промышленность:​​Применения включают в себя головки самонаведения ракет, оптические полезные нагрузки спутников и инфракрасные системы обнаружения самолетов. Это оборудование работает в условиях высокой вибрации, экстремальных перепадов температур и сильных электромагнитных помех, где металлизированные окна обеспечивают необходимую защиту, герметизацию и экранирование.

​​

• Высокотехнологичные промышленные и научные исследования:​​Примеры: мощные лазерные системы, детекторы частиц, смотровые окна вакуумных камер и криостаты. Эти приложения требуют герметизации в условиях высокого вакуума, радиационной стойкости и электрической проводимости.

• ​​Медицинское и биологическое оборудование:​​ Некоторые медицинские устройства со встроенными лазерными источниками (например, проточные цитометры) требуют герметизации лазера в определенной среде, позволяя лазерному лучу выходить.

• ​​Связь и зондирование:​​Используются в модулях волоконно-оптической связи и газовых датчиках, используя их свойства экранирования EMI для обеспечения чистоты сигнала.

​​IV. Основные технические параметры​​

При выборе и оценке металлизированных окон необходимо обратить внимание на следующие основные параметры:

​​1. Материал подложки:​​Определяет основные оптические и физические свойства окна.​

• Стекло K9:​​Подходит для видимого спектра, низкая стоимость.

ZMSH K9 Оптическая полусферическая оболочка

• ​​Плавленый кварц:​​Высокое пропускание от УФ до ближнего ИК диапазона, низкий коэффициент теплового расширения, хорошая стабильность.

ZMSH Кварцевые оптические окна

​

• Сапфир:​​ Чрезвычайно высокая твердость, устойчивость к царапинам, устойчивость к высоким температурам, подходит для широкого диапазона от УФ до среднего ИК и суровых условий.

ZMSH Сапфировая пластина

​

• Кремний (Si) / Германий (Ge):​​В основном используется для инфракрасных диапазонов.

​​

ZMSH Кремниевая пластина

2. Чистая апертура (CA):​​Диаметр области на оптическом компоненте, гарантированно соответствующей указанным оптическим характеристикам. Металлизированная область обычно больше, чем CA.

3. ​​Тип и толщина металлизации:​​ Например, хром (Cr) часто используется для апертур и в качестве связующего слоя для пайки, а золото (Au) используется для высокой проводимости и устойчивой к окислению пайки. Толщина обычно варьируется от десятков до сотен нанометров.

​​4. Пропускание:​​ Процент энергии света, передаваемой в указанном диапазоне длин волн (например, λ1~λ2). Высокопроизводительные окна могут достигать пропускания более 99% в целевом диапазоне.

​​

5. Герметичность:​​ Критична для паяных окон. Обычно измеряется с помощью гелиевого масс-спектрометра, требующего очень низких скоростей утечки, например, <1x10⁻⁸ куб. см/сек (He при стандартном атмосферном давлении).

​​

6. Совместимость с пайкой:​​ Металлизация должна иметь хорошую смачиваемость и прочность сцепления с определенными припоями (например, AuSn, AgCu эвтектический припой), чтобы выдерживать термические циклы и механические нагрузки.

​​

7. Качество поверхности:​​Обычно измеряется по стандартам Scratch-Dig (например, 60-40). Меньшие числа указывают на меньшее количество дефектов поверхности.

8. ​​Форма поверхности:​​ Относится к отклонению от идеальной плоскостности, обычно выражается в единицах длины волны λ (например, @632,8 нм), таких как λ/4, λ/10. Меньшие значения указывают на более плоскую поверхность.

В заключение, металлизированное окно - это парадигма идеальной интеграции оптического дизайна с механическими и электрическими требованиями. Оно выходит за рамки простой обязанности «пропускать свет», играя несколько ролей: защитный барьер, электромагнитный экран, герметичное уплотнение и электрический мост. При выборе такого окна инженеры должны провести систематический компромисс: нужна ли проводимость? Требуется ли пайка для герметичного уплотнения? Каков рабочий диапазон длин волн? Насколько серьезны экологические нагрузки? Ответы на эти вопросы определяют правильный материал подложки, тип металлического покрытия и технологию обработки.

Именно сосуществование прецизионной обработки на микромасштабе (тонкие металлические пленки) и высокой надежности на макромасштабе (выдерживание перепадов атмосферного давления, серьезных тепловых изменений) делает металлизированное окно незаменимым «суперокном», соединяющим хрупкий оптический мир с суровыми условиями реального мира.

Заключение

ZMSH специализируется на предоставлении комплексных индивидуальных и производственных услуг для высокопроизводительных оптических компонентов, включая ​​металлизированные окна​​, ​​кварцевые колбы​​, ​​сапфировые смотровые окна​​ и различные ​​специализированные оптические подложки​​ (такие как кремниевые и германиевые основы). Оснащенные комплексными возможностями вакуумного напыления, прецизионной обработки и тестирования, а также строго придерживаясь системы управления качеством, мы гарантируем, что наша продукция соответствует строгим требованиям к светопропусканию, термической стабильности, герметичности и электромагнитному экранированию, удовлетворяя высокие потребности полупроводников, аэрокосмической промышленности, лазерных систем и высокотехнологичного исследовательского оборудования. Используя отработанные процессы и гибкую производственную систему, мы стремимся предоставить нашим клиентам комплексное решение, от поддержки проектирования и быстрого прототипирования до серийной поставки.

ZMSH Сапфировые подложки