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Contrairement aux simples ouvertures (qui contrôlent uniquement la taille du faisceau), ces plaques servent d'éléments structurels dans les systèmes optiques, fournissant une plate-forme rigide pour la manipulation du faisceau tout en maintenant l'alignement. Ils sont disponibles dans une large gamme de matériaux pour répondre aux besoins des applications : silice fondue (pour la transparence UV-NIR, 190-2 500 nm), N-BK7 (visible-NIR économique, 400-2 000 nm) et métaux spécialisés comme le titane (pour les applications réfléchissantes ou à haute température). Les configurations typiques incluent des trous de 3 à 5 mm de diamètre avec des tolérances de ±0,1 mm, des tailles choisies pour s'adapter aux diamètres de faisceau laser courants (1 à 4 mm) tout en minimisant l'écrêtage du faisceau. La position du trou peut être entièrement personnalisée : centrée (pour les trajets de faisceaux coaxiaux), hors axe (pour le déplacement du faisceau) ou en réseau (pour les systèmes multifaisceaux), ce qui les rend adaptés à diverses configurations, des interféromètres de laboratoire aux machines laser industrielles.
Usinage de trous de précision pour une distorsion minimale du faisceau : des diamètres de trous standard de 3 mm et 5 mm sont percés par ablation laser (pour les substrats en verre) ou par fraisage CNC (pour les substrats métalliques), ce qui donne des bords ultra-propres (hauteur de bavure <3 µm) et une circularité élevée (écart <0,01 mm par rapport au cercle parfait). Cette précision garantit que le trou agit comme une ouverture propre, évitant ainsi la diffusion du faisceau (perte de diffusion <0,5 %) qui dégraderait la qualité de l'image ou la précision des mesures. Des tailles de trous personnalisées (0,1 mm à 20 mm) sont disponibles, avec un perçage laser permettant des trous plus petits (<1 mm) et un fraisage CNC pour des plaques plus grandes et plus épaisses (>10 mm d'épaisseur).
Diverses options de matériaux adaptées à la longueur d'onde et à l'environnement :
Silice fondue : Idéale pour les applications UV (190-380 nm) et haute puissance, avec une transmission élevée (>90 % à 300 nm) et une résistance aux dommages laser (LIDT >10 J/cm⊃2 ; à 355 nm, impulsions de 10 ns). Sa faible dilatation thermique (0,55 × 10⁻⁶ /°C) le rend adapté aux systèmes stables en température.
N-BK7 : Économique pour le visible-NIR (400-2000 nm), avec transmission (>92% à 550 nm) et bonne résistance mécanique (module de Young 82 GPa). Idéal pour les configurations à usage général telles que les combineurs de faisceaux.
Titane : Utilisé pour les applications réfléchissantes ou à haute température, avec une réflectance élevée (>85% à 1064 nm) et une résistance thermique (température de fonctionnement jusqu'à 300°C). Sa résistance à la corrosion (résistant à l'eau salée et aux acides) le rend adapté aux environnements marins ou industriels.
Qualité de surface de qualité optique pour une faible diffusion : les plaques de verre présentent une finition de surface de 60 à 40 rayures (conformément aux normes MIL-PRF-13830B), ce qui signifie qu'il n'y a pas de rayures plus profondes que 60 µm ni de creux (piqûres) supérieurs à 40 µm. Cela minimise la diffusion de la lumière (perte de diffusion <1 % à 550 nm), essentielle pour les systèmes d'imagerie où la lumière parasite réduit le contraste. Les plaques métalliques (par exemple, le titane) ont une finition mate (Ra <1 µm) pour réduire l'éblouissement dans les applications réfléchissantes.
Tolérances dimensionnelles serrées pour l'alignement : la tolérance d'épaisseur est de ± 0,1 mm (par exemple, plaque de 5 mm d'épaisseur ± 0,1 mm), garantissant une longueur de trajet de faisceau constante sur plusieurs plaques d'un système. Le parallélisme entre les deux surfaces planes est ≤5 minutes d'arc (0,083°), empêchant l'inclinaison du faisceau (inclinaison <0,1°) qui pourrait désaligner les composants en aval. Pour les systèmes de haute précision (par exemple, les interféromètres), le parallélisme peut être resserré à ≤1 minute d'arc (0,017°) .
Configurations personnalisées pour des besoins spécialisés : au-delà des conceptions standard à trou unique, les plaques peuvent être fabriquées avec plusieurs trous (réseaux de 2 à 100 trous) pour les systèmes multifaisceaux (par exemple, impression laser). Les traitements des bords comprennent un chanfreinage (angles de 45°, largeur de 0,5 mm) pour éviter l'écaillage lors du montage et une anodisation noire (pour les plaques métalliques) pour réduire la lumière parasite. Des revêtements sont également disponibles : des revêtements AR (pour les plaques de verre, <0,5 % de réflectance par surface) pour augmenter la transmission, ou des revêtements à haute réflexion (HR) (pour les plaques métalliques, >95 % de réflectance) pour l'orientation du faisceau.
Combinaison et division de faisceaux : permet la transmission coaxiale de plusieurs faisceaux laser dans les systèmes de spectroscopie et de traitement laser. Par exemple, dans une configuration de spectroscopie Raman, une plaque de silice fondue avec un trou de 3 mm combine le laser d'excitation (532 nm, passant à travers le trou) et la lumière diffusée Raman collectée (réfléchie par la surface recouverte d'AR de la plaque), dirigeant les deux vers un détecteur. Cette conception coaxiale réduit la taille du système de 50 % par rapport aux combineurs hors axe.
Intégration des plaques d'onde dans les systèmes de polarisation : autorisez les chemins de faisceau de retour dans les configurations sensibles à la polarisation (par exemple, ellipsomètres, polarimètres) où les plaques d'onde sont utilisées pour manipuler la polarisation. Une plaque avec un trou centré est montée derrière une plaque à vagues : le faisceau incident traverse le trou et la plaque à vagues, se reflète sur un échantillon et revient à travers la plaque à vagues ; la surface plane de la plaque réfléchit ensuite le faisceau vers un détecteur, évitant ainsi le besoin d'un miroir séparé.
Filtrage optique et contrôle de l'ouverture : combinez le contrôle de l'ouverture avec la sélection de longueur d'onde lors de l'utilisation de substrats en verre coloré (par exemple, Schott BG39 pour le blocage IR). Par exemple, une plaque de verre BG39 avec un trou de 4 mm agit à la fois comme un filtre IR (bloque > 99 % de la lumière > 1 100 nm) et comme une ouverture (limite le diamètre du faisceau à 4 mm), utilisée dans les systèmes d'imagerie visible pour réduire le bruit thermique de la lumière IR.
Alignement du système et marqueurs de référence : servent de cibles de référence dans des assemblages optiques complexes (par exemple, systèmes de télescopes, trackers laser) pour calibrer les positions des composants. Une plaque avec un trou hors axe (décalage de 5 mm) est montée comme référence fixe : les lasers sont alignés pour passer à travers le trou, garantissant que tous les composants sont positionnés à ± 0,01 mm de leur emplacement de conception. Cela réduit le temps d'alignement de 30 à 40 % par rapport à l'utilisation de plusieurs miroirs de référence.
Dispositifs médicaux et chirurgie mini-invasive : Faciliter l'administration et l'imagerie laser dans les systèmes endoscopiques (par exemple, chirurgie laparoscopique). Une plaque en titane avec un trou de 2 mm est intégrée à la pointe de l'endoscope : le trou délivre le laser chirurgical (1 064 nm) au tissu, tandis que la surface réfléchissante de la plaque canalise la lumière d'imagerie (400 à 700 nm) vers la caméra. La biocompatibilité du titane (conforme aux normes ISO 10993) garantit la sécurité de l'utilisation dans le corps.
La sélection des matériaux dépend de la transparence de la longueur d'onde et des exigences de l'application :
UV (190-380 nm) : la silice fondue de qualité UV est le seul choix, car elle transmet >90 % de la lumière UV — le N-BK7 absorbe >50 % de la lumière UV <300 nm. La silice fondue résiste également au jaunissement induit par les UV (un problème courant avec d'autres verres).
Visible (400-700 nm) : le N-BK7 est économique et transmet >92 % de la lumière visible, ce qui le rend idéal pour une utilisation générale. Pour les lasers visibles de haute puissance (par exemple, 532 nm, 10 W), la silice fondue est préférée pour son LIDT plus élevé (> 10 J/cm⊃2 ; contre 5 J/cm⊃2 ; pour N-BK7).
NIR (700-2500 nm) : De la silice fondue (transmittance >90 % jusqu'à 2500 nm) ou du germanium (pour mi-IR, 2-14 µm, transmission >40 % à 10 µm) sont utilisés. Le germanium est opaque à la lumière visible, il nécessite donc des outils d'alignement IR.
Applications réfléchissantes (toute longueur d'onde) : Le titane (réflectance >85 % 400-2000 nm) ou le verre recouvert d'aluminium (réflectance >90 % visible-NIR) conviennent : le titane offre une meilleure résistance à la corrosion pour une utilisation en extérieur.
Les trous centrés (axe du trou = axe optique de la plaque) maintiennent des trajets de faisceaux coaxiaux, sans déplacement latéral. Les trous hors axe introduisent un déplacement latéral (Δx), calculé comme suit : Δx = Décalage du trou × sin(θ), où θ est l'angle incident du faisceau par rapport à la normale de la plaque. Par exemple, une plaque avec un décalage de 5 mm et θ=10° : Δx = 5 × sin(10°) ≈ 0,87 mm. Ce déplacement est intentionnel dans des systèmes comme les déphaseurs de faisceau, où la plaque déplace le faisceau sans changer de direction. Pour éviter un désalignement involontaire, les trous hors axe doivent avoir une tolérance de décalage de ±0,05 mm ; des tolérances plus grandes (±0,1 mm) peuvent provoquer une variation Δx de 0,017 mm, ce qui peut désaligner les systèmes à petites poutres (<1 mm de diamètre) .
