Suorakulmaiset prismat

Tuotteen yleiskatsaus

Niiden yksinkertainen kolmion muotoinen muotoilu tarjoaa paremman kohdistustoleranssin kuin peilit (jotka vaativat tarkan kallistuksen) ja kestävämmän kuin pinnoitettu optiikka (joka voi naarmuuntua tai huonontua). Toisin kuin heijastavat pinnoitteet, jotka haalistuvat ajan myötä (vähentää heijastavuutta 5-10 % vuodessa ankarissa ympäristöissä), TIR tarjoaa vakaan, vähähäviöisen heijastuksen (heijastuskyky > 99,9 %), kun sitä käytetään kriittisten kulmaparametrien puitteissa (tulokulma > materiaalin kriittinen kulma). Tämän luotettavuuden ansiosta suorakulmaiset prismat ovat välttämättömiä erilaisissa sovelluksissa kulutuselektroniikasta (kameran etsimestä) puolustusjärjestelmiin (periskoopit).

Tuotteen ominaisuudet

Materiaalivaihtoehdot : Schott BK7 (kruunulasi, ihanteellinen näkyvän alueen sovelluksiin, 400-700 nm, >92 % läpäisy aallonpituudella 550 nm), Hoya-sulatettu piidioksidi (UV- ja NIR-läpäisy, 185-2100 nm, alhainen lämpölaajeneminen), germanium (keski-IR, 2-14 μm IR-sahala), korkea infrapuna ja lämmönkestävyys, sopii ankariin ympäristöihin). BK7 on kustannustehokas yleiseen käyttöön (esim. lelujen peilit), kun taas sulatettu piidioksidi on suositeltava UV-lasereissa (esim. 248 nm:n eksimeerilaserit) tai korkean lämpötilan järjestelmissä. Infrared sopii IR-lämpökuvaukseen, ja safiiria käytetään tärinälle tai pölylle altistuvissa teollisuusantureissa.

Kriittiset tekniset tiedot : Kulman toleranssi < 2 kaarisekuntia (tarkan 90° tai 180° taipuman varmistaminen – 1 kaarisekunnin poikkeama aiheuttaa 0,00028° virheen säteen suunnassa), pinnan laatu 20-10 tai 10-5 (10-5 luokka korkean herkkyyden sovelluksissa ja tasomaisissa sovelluksissa, kuten 1 λ 0 632,8 nm, mikä varmistaa, että säde pysyy kollimoituna heijastuksen jälkeen). Hypotenuusa (TIR:n heijastuspinta) on kiillotettu karheudeksi <0,5 nm, minimoiden valonsironta. Peilatuissa prismoissa hypotenuusa on päällystetty alumiinilla, hopealla tai kullalla – jokaisella on omat heijastusalueet.

Heijastustilat : Kaksi ensisijaista heijastustilaa:

Total Internal Reflection (TIR) ​​: Syntyy, kun valo kulkee korkeamman taitekertoimen omaavasta materiaalista alhaisemman taitekertoimen omaavaan materiaaliin (esim. BK7 ilmaan) ja tulokulma > kriittinen kulma (BK7:n kriittinen kulma ~41° näkyvälle valolle). TIR ei vaadi pinnoitetta, tarjoaa >99,9 % heijastavuuden ja sopii ihanteellisesti näkyviin sovelluksiin (esim. kameran etsimeihin), joissa pinnoitteen heikkeneminen on huolenaihe.

Peilipinnoitteet : Käytetään, kun TIR ei ole mahdollista (esim. tulokulma < kriittinen kulma tai IR-aallonpituudet). Alumiinipinnoitteet (400-1200 nm, >85 % heijastavuus) ovat kustannustehokkaita näkyvälle/NIR:lle; hopeapinnoitteet (400-2000 nm, >95 % heijastavuus) tarjoavat korkean kirkkauden, mutta tarvitsevat suojaavan päällyskerroksen; kultapinnoitteet (800-14000 nm, >98 % heijastavuus) loistavat infrapunassa.

Kokoalue : 2mm - 300mm mittatoleranssilla ±0,25mm . 2 mm:n miniprismoja käytetään mikrooptiikassa (esim. älypuhelinten kameraanturit), 50 mm:n prismoja laboratorioinstrumenteissa (esim. spektrometrit) ja 300 mm:n suuria prismoja ilmailujärjestelmissä (esim. satelliittiteleskoopit). Prisman jalan pituus (molemmat sivut muodostavat oikean kulman) määrää sen avoimen aukon – esimerkiksi 50 mm:n jalan pituus tarjoaa ~35 mm:n vapaan aukon (maksimi säteen koko, jonka prisma voi käsitellä).

Ympäristönkestävyys : Kemiallinen ja lämpöstabiilisuus vaihtelee materiaalin mukaan:

BK7: Kestää mietoja happoja/emäksiä, toimii -20°C - 100°C.

Sulatettu piidioksidi: Kemiallisesti inertti, toimii -40°C - 200°C.

Safiiri: Kestää vahvoja happoja (paitsi fluorivetyhappoa), toimii -273°C - 2000°C.

Infrared: Herkkä kosteudelle (hapettuu kosteassa ilmassa), vaatii suojapinnoitteen, toimii -40°C - 100°C.

Kaikissa prismoissa on naarmuuntumaton pinta (Mohsin kovuus 6 BK7:lle, 7 sulatetulla piidioksidilla, 9 safiirilla), mikä varmistaa kestävyyden toistuvassa käytössä.

Sovellukset

Nämä prismat ovat kaikkialla:

Lasertekniikka : Säteen ohjaus laserhitsauksessa (autokomponenttien liittäminen, jossa 90° taipuma ohjaa laserin vaikeapääsyisille alueille), kirurgia (oftalmiset laserit, joissa TIR-prismat taivuttavat säteen silmään ilman pinnoitteen hajoamista) ja ohjausjärjestelmät (ohjuslaserit, joissa safiiriprismat ja korkeat G-prismat). Laserhitsauksessa peilatut prismat, joissa on korkea vauriokynnyspinnoite, käsittelevät yli 100 W lasertehoa, mikä varmistaa tasaisen taipumisen.

Puolustus ja ilmailu : Periskoopit (sukellusvene- tai tankkiperiskoopit, joissa useat suorakulmaiset prismat ohjaavat valoa katsojaan), etäisyysmittarit (sotilaalliset laseretäisyysmittarit, joissa käytetään TIR-prismoja vähähäviöiseen heijastukseen) ja turvakamerat (ulkokamerat, joissa säänkestävät safiiriprismat ylläpitävät suorituskykyä sateessa/lumessa). Sukellusveneperiskoopit käyttävät 100–200 mm:n BK7-prismoja AR-pinnoitteilla vähentämään heijastushäviöitä, mikä mahdollistaa selkeän katselun syvyydessä.

Tekniikka : Laserskannaus (teolliset 3D-skannerit, joissa prismat taivuttavat lasersäteen kohteen pinnan poikki) ja IR-lämpötila-anturit (valmistuksen laadunvalvonta, germaniumprismojen avulla infrapunasäteiden ohjaamiseen ilmaisimeen). 3D-skannerit käyttävät pieniä (10-20 mm) sulatettuja piidioksidiprismoja tarkkaan säteen hallintaan, mikä varmistaa skannausresoluution <0,1 mm. IR-anturit käyttävät germaniumprismoja 8–14 μm:n aallonpituuksilla, jotka ovat kriittisiä kuumien pintojen (esim. moottorin osien) lämpötilojen mittaamisessa.

Kuluttajaelektroniikka : Kameran etsimet (digitaalikamerat, joissa TIR-prismat heijastavat kuvan etsimeen) ja optiset anturit (älypuhelimen kasvojentunnistus, pienten prismien avulla infrapunavalon ohjaamiseen). Digitaalikameroiden etsimeissä käytetään 5-10 mm BK7-prismoja TIR:llä, mikä eliminoi pinnoitteiden tarpeen ja alentaa kustannuksia. Älypuhelimen anturit käyttävät 2–5 mm:n sulatettuja piidioksidiprismoja, jotka sopivat kompakteihin malleihin säilyttäen IR-lähetyksen.

FAQ

K: Milloin minun pitäisi valita peilatut vs. TIR-prismat?

V: Valitse TIR-prismat, kun:

Tulokulma > kriittinen kulma (esim. 41° BK7:lle näkyvässä valossa).

Pitkäaikainen kestävyys on kriittinen (ei hajoavaa pinnoitetta).

Sovellukset ovat näkyvällä alueella (TIR toimii parhaiten täällä).

Esimerkkejä: kameran etsimet, laboratoriospektrometrit.

Valitse peilatut prismat, kun:

Tulokulma < kriittinen kulma (esim. laajakulmainen säteen taipuma).

Toimii UV- tai IR-alueella (TIR on vähemmän tehokas – germaniumin kriittinen kulma ~17° IR:lle, mikä tekee TIR:stä vaikean saavuttaa).

Korkeaa heijastavuutta tarvitaan hämärässä valaistuksessa (esim. yönäkökamerat).

Esimerkkejä: IR-lämpökuvaus, UV-kovettuva laserit .

K: Mikä aiheuttaa heijastushäviön TIR-tilassa?

V: Heijastushäviö TIR-tilassa on minimaalinen (<0,1 %), mutta se voi johtua kahdesta syystä:

Pinnan kontaminaatio : Pöly, öljy tai kosteus hypotenuusan pinnalla muuttaa ilmaprisman rajapinnan taitekerrointa, mikä pienentää kriittistä kulmaa ja aiheuttaa osittaisen heijastuksen (häviö <5 %). Säännöllinen puhdistus linssikankaalla ja isopropyylialkoholilla lieventää tätä.

Off-Axis Light : Valosäteet, jotka tulevat kulmissa < kriittinen kulma (off-akselin säteet) eivät joudu TIR:ään, mikä johtaa lähetyshäviöihin (häviö <1 % hyvin kollimoiduilla säteillä). Kollimoitujen valonlähteiden (esim. lasereiden) tai pitempien prismien käyttö (kriittisen kulman alueen lisäämiseksi) vähentää tätä vaikutusta.

Heijastamattomat pinnoitteet tulo-/lähtöpinnoilla (ei hypotenuusalla) vähentävät myös hävikkiä minimoimalla heijastuksen näillä pinnoilla.

K: Voivatko suorakulmaiset prismat toimia heijastimina?

V: Kyllä, käytettäessä rinnakkaisten (kollimoitujen) tulosäteiden kanssa ja suunnattu siten, että säde läpikäy kaksi TIR-heijastusta. Esimerkiksi suorakulmainen prisma voi heijastaa säteen takaisin alkuperäistä polkuaan pitkin, jos säde tulee toiselle haaralle, heijastuu hypotenuusalta ja poistuu toisesta haarasta – tämä luo 180° taipuman. Heijastinprismoja käytetään:

Laseretäisyysmittarit: Prisma heijastaa lasersäteen takaisin lähteeseen, mikä mahdollistaa etäisyyden laskemisen (etäisyys = valon nopeus × lentoaika / 2).

Liikenneturvallisuus: Teillä olevat heijastimet käyttävät pieniä suorakulmaisia ​​prismoja heijastamaan auton ajovalot takaisin kuljettajaan, mikä parantaa näkyvyyttä.