Sådan vælger du det rigtige optiske prisme til dit projekt

Forkert prismegeometri. Uoverensstemmende brydningsindeks. En belægning, der nedbrydes ved din driftsbølgelængde. Enhver af disse fejl kan kompromittere et helt optisk system - og med brugerdefinerede optiske prismer er fejlmarginen i det væsentlige nul. Her er en praktisk ramme for at foretage det rigtige opkald, inden du afgiver en ordre.

Start med din optiske funktion, ikke formen

Den mest almindelige fejl, ingeniører begår, er at lede med prismegeometri. Det rigtige udgangspunkt er den optiske opgave: omdirigerer du en stråle, inverterer et billede, opdeler lys efter bølgelængde eller kollimerer du output fra en lysleder? Hver funktion er knyttet til en bestemt prismefamilie.

• Stråleafbøjning (90°): Retvinklede prismer bruger total intern refleksion til at omdirigere lys uden en spejlbelægning - ideel til laserjustering og kompakte instrumentdesign.
• Billedinversion uden sideforskydning: Dueprismer roterer et billede ved det dobbelte af prismets egen rotationsvinkel, hvilket er meget udbredt i roterende optiske samlinger og endoskopiske systemer.
• Opret billede i kikkert og afstandsmålere: Porro- og tagprismer (f.eks. Amici) folder den optiske vej og korrigerer billedorientering samtidigt, hvilket muliggør kompakte instrumenter med lang brændvidde.
• Spektral spredning: Ligesidede og Pellin-Broca prismer adskiller bølgelængder med vinkelpræcision, hvilket er afgørende for spektrometre og bølgelængdevælgere.
• Let homogenisering og styring: Lyslederblokke fordeler og blander belysningen jævnt - en kritisk komponent i projektorer, HUD'er og maskinsynslys.

Når du har låst den optiske funktion ind, følger geometrien naturligt med. Forsøg på at omdanne funktionen fra en katalogform fører til kompromiser, der hjemsøger hele systemet.

Materialeevalg: Beslutningen, der ikke kan fortrydes

Materiale bestemmer brydningsindeks, transmissionsområde, termisk adfærd og mekanisk holdbarhed - alt på én gang. De tre mest almindelige substrater til brugerdefinerede optiske prismer har hver en særskilt applikationskonvolut:

BK7 er standard for omkostningsfølsomme applikationer med synligt lys. Fusioneret silica bliver nødvendigt, når dit system fungerer i UV-båndet, eller når termiske gradienter ville skifte fokus i et BK7-element. Sapphire har en præmie, men leverer hårdhed (Mohs 9) og et transmissionsvindue, der rækker dybt ind i det mellem-infrarøde - hvilket gør det til det rigtige valg til forsvarssensorer, industrielle laservinduer og enhver overflade, der er udsat for slid. Til applikationer parret med præcisions optiske vinduer i samme optiske vej , matchende substratfamilier på tværs af komponenter undgår termisk ekspansionsfejl på systemniveau.

Tolerancer: Angiv, hvad du faktisk har brug for

Overspecificering af tolerancer er dyrt. At underspecificere dem er katastrofalt. Nøgleparametrene, der skal fastlægges for enhver brugerdefineret optisk prismerækkefølge er:

• Vinkeltolerance: Standardværkstedsarbejde holder ±3 bueminutter. Præcisionsarbejde når ±30 buesekunder. Avancerede laser- og metrologiprismer kan kræve ±1 buesekund - hvilket betyder længere leveringstider og højere omkostninger. Angiv kun, hvad dit systemfejlbudget rent faktisk kræver.
• Overfladeplanhed: Udtrykt som en brøkdel af testbølgelængden (λ). λ/4 dækker de fleste billedbehandlingsapplikationer; λ/10 eller λ/20 er nødvendig for interferometriske eller bølgefrontfølsomme systemer.
• Overfladekvalitet (ridsegrave): 60-40 er acceptabelt for de fleste instrumenter. Laserskadetærskelapplikationer og antirefleksbelagte overflader har ofte brug for 20-10 eller bedre.
• Transmitteret bølgefrontfejl (TWE): For prismer inde i kohærente strålebaner er TWE (typisk angivet i λ RMS) den styrende metrik - mere direkte knyttet til systemets ydeevne end overfladetallet alene.

En leverandør med intern interferometrisk testning kan verificere TWE før forsendelse; Bed altid om en testrapport, især for prismer, der skal ind systemer, der kombinerer prismer med optiske præcisionslinser .

Belægninger: De sidste 5 %, der ændrer alt

En ubelagt BK7-overflade reflekterer omkring 4% af det indfaldende lys pr. grænseflade. Et retvinklet prisme med to brydningsflader kan miste næsten 8 % gennemstrømning, før der opstår en enkelt refleksion. Antirefleks-belægninger (AR) reducerer dette til under 0,5 % pr. overflade på tværs af det specificerede bånd - en meningsfuld gevinst i ethvert transmissionskritisk system.

Ud over AR-belægninger kan reflekterende overflader inde i prismet have brug for forbedrede aluminium- eller guldbelægninger, når man ikke kan stole på total intern refleksion (f.eks. når strålevinklen falder uden for TIR-keglen). Belægninger med laserskadetærskel (LDT) er obligatoriske for pulserende systemer med høj effekt. Specificer din bølgelængde, polarisationstilstand, indfaldsvinkel og maksimal fluens til din leverandør - disse parametre definerer tilsammen belægningsdesignet, ikke kun bølgelængden alene. Optiske glasfiltre integreret sammen med prismer i samme samling deler ofte belægningsforløb, hvilket kan reducere omkostningerne, når de bestilles sammen.

Miljø- og monteringsforhold

Et prisme, der præsterer perfekt på den optiske bænk, kan fejle i marken, hvis miljøfaktorer ikke var indregnet i designet. Nøglespørgsmål at besvare inden færdiggørelse af specifikationen:

• Driftstemperaturområde og ændringshastighed (risiko for termisk stød)
• Fugtighed og kemisk eksponering (coating adhæsion og glassets holdbarhed)
• Vibrations- og stødbelastninger (monteringsgrænsefladedesign - bundet, fastspændt eller kinematisk)
• Vakuumkompatibilitet (afgasning fra cement, der bruges i cementerede prismesamlinger)

Til forsvars-, rumfarts- eller udendørs industrielle systemer overgår smeltet silica- og safirsubstrater med hårde holdbare belægninger standardglas på tværs af alle fire kriterier. Hvis dit projekt involverer brugerdefinerede optiske prismer til laser-, halvleder- eller biloptikapplikationer , ved at dokumentere den fulde miljøramme på forhånd undgår du dyre redesigns efter kvalifikationstest.

Arbejde med en tilpasset leverandør

Kvaliteten af et brugerdefineret optisk prisme er kun så god som de oplysninger, du giver. En komplet specifikationspakke bør omfatte: en dimensioneret tegning med GD&T-forklaringer, substratbetegnelse, overfladekvalitetskrav, belægningsspecifikation (bølgelængde, AOI, polarisation) og miljøforhold. Leverandører, der stiller opklarende spørgsmål - i stedet for blot at acceptere en ufuldstændig tegning - er generelt dem, hvis dele fungerer som forventet.

Ledetiden for tilpassede prismer varierer fra to til otte uger afhængigt af underlagets tilgængelighed, tolerancekrav og belægningens kompleksitet. Hvis dit projekts tidslinje er fast, skal du diskutere materialebeholdning og belægningskapacitet, før du forpligter dig til en specifikation, der kræver lange indkøbscyklusser.

At få prismet rigtigt første gang handler ikke om over-engineering - det handler om at matche alle parametre til de faktiske krav til systemet, hverken mere eller mindre.