פיזור פריזמות

סקירת מוצר

מנסרות מתפזרות הן סוסי עבודה אופטיים המפרידים אור לבן (או אור לייזר פוליכרומטי) לאורכי הגל המרכיבים אותו באמצעות שבירה מבוקרת - תהליך המתאפשר על ידי מקדם השבירה התלוי באורך הגל של חומרים אופטיים (פיזור). שלא כמו רשתות עקיפה, המייצרות סדרים ספקטרליים חופפים מרובים (מובילים לאור תועה והפרעות אותות), מנסרות אלו מייצרות פלט ספקטרלי אחד ונקי, מה שהופך אותן לאידיאליות עבור יישומים הדורשים טוהר ספקטרלי גבוה. שלנו מנסרות הפיזור מתוכננות באמצעות חומרים בעלי פיזור גבוה (למשל, זכוכית צור) כדי למקסם פיזור זוויתי - הזווית בין שני אורכי גל (למשל, 400 ננומטר סגול ואדום 700 ננומטר) - עם תצורות מותאמות לזווית המינימלית של סטייה. בזווית זו, האור נע במקביל לבסיס המנסרה, וממזער את אובדן האור (מפחית את הפסדי השידור ל-<2%) ומבטיח הפרדה ספקטרלית עקבית על פני הצמצם הברור של המנסרה.

תכונות המוצר

• גיוון חומר : זמין ב- Schott SF11 (זכוכית צור עם פיזור יוצא דופן, מספר Abbe ~36 - נמוך בהרבה ממשקפי כתר כמו BK7, בעלי מספרי Abbe ~65 - מה שהופך אותו לאידיאלי עבור ספקטרוסקופיה גלויה), F2 (זכוכית צור נוספת עם פיזור מעט נמוך יותר מ-SF11, מתאימה ליישום UV רגיש לעלות, שידור אידיאלי לעלות רגישות), ספקטרוסקופיה עד 185 ננומטר), ו- CaF₂ (סידן פלואוריד, חומר גבישי עם העברת IR מעולה). כל חומר מכוון לטווחים ספקטרליים ספציפיים: SF11 ו-F2 עבור 400-700 ננומטר, סיליקה מתמזגת עבור 185-2100 ננומטר, ו-CaF₂ עבור 200 ננומטר-8000 ננומטר.

• טווח מידות : גדלים מ -10 מ'מ עד 50 מ'מ (דגמים סטנדרטיים, מושלם עבור ספקטרומטרים ניידים ומכשירים בקנה מידה מעבדה) עם אפשרויות מותאמות אישית עד 300 מ'מ (עבור מערכות בפורמט גדול כמו ספקטרומטרים אסטרונומיים המשמשים במצפה כוכבים). כל הדגמים שומרים על סובלנות של ±0.25 מ'מ באורך, רוחב וגובה, מה שמבטיח תאימות עם תושבות אופטיות סטנדרטיות.

• איכות אופטית : מתהדר באיכות פני השטח 20-10 (דרגה סטנדרטית, מתאים לרוב יישומי הספקטרוסקופיה) ועיוות חזית גל <λ/4 (סיליקה ממוזגת, קריטית ליישומי UV שבהם שגיאות חזית הגל פוגעות ברזולוציה הספקטרלית) או <λ/10 (CaF₂, אידיאלי עבור ספקטרוסקופיה IR דיוק גבוה). מפרטים אלו ממזערים את פיזור האור (אור תועה <0.1% מעוצמת האירוע) ומבטיחים קווים ספקטרליים חדים ומוגדרים היטב.

• כיסוי אורך גל : דגמי סיליקה ממוזגים פועלים מ -185 ננומטר עד 2100 ננומטר (מכסים טווחי UV, גלוי ו-NIR, מה שהופך אותם למגוון עבור ניטור סביבתי וניתוח חומרים), בעוד CaF₂ משתרע לתוך האינפרא-אדום האמצעי עד 8000 ננומטר (בשימוש במצבי ספקטרוסקופיה מולקולרית מולקולרית מול מולקולרית) 

• אפשרויות ציפוי : ציפויים אנטי-רפלקטיביים (AR) המותאמים לטווחים ספקטרליים ספציפיים מפחיתים את השתקפויות פני השטח ל-<0.5% לכל משטח. לדוגמה, ציפוי AR משופר UV על מנסרות סיליקה ממוזגות ממזערים הפסדים בטווח של 185-400 ננומטר, בעוד שציפויים מותאמים ל-IR במנסרות CaF₂ משפרים את השידור בטווח 2000-8000 ננומטר. ציפויים אלה גם עמידים בפני שריטות (עומדים בתקני MIL-C-675C), ומבטיחים עמידות בסביבות מעבדה בשימוש תכוף.

יישומים

פריזמות אלה הן הבסיסיות ב:

• ספקטרוסקופיה : מאפשרת ניתוח כימי בחקר בעירה (מדידת פליטת מזהמים ממבערים תעשייתיים) וניטור סביבתי (Continuous Emission Monitoring Systems, CEMS, העוקבות אחר רמות SO₂, NOx ו-CO₂ בפליטת תחנות כוח). ב-CEMS, מנסרות מתפזרות מפרידות את קווי הספיגה של גזי המטרה, ומאפשרות מדידות ריכוז מדויקות עם מגבלות זיהוי נמוכות כמו 1ppm.

• מערכות לייזר : הפרדת הרמוניות בלייזרים מהירים במיוחד (למשל, לייזרים Ti:sapphire המייצרים אור יסודי של 800 ננומטר ו-400 ננומטר הרמונית שנייה) ומפצות על פיזור מהירות הקבוצה (GVD) - תופעה שבה אורכי גל שונים נעים במהירויות שונות בחומרים אופטיים. על ידי פיזור ושילוב מחדש של אורכי גל, מנסרות מבטיחות שפולסים מהירים במיוחד (בקנה מידה של שניות נשים) שומרים על צורתם, קריטי עבור יישומים כמו מיקרו-עיבוד לייזר.

• מכשור : הפעלת כיול אורכי גל במצלמות זיהוי לוחיות מספר אוטומטי (ANPR) (הבטחת זיהוי צבע עקבי לקריאת לוחית רישוי) וגלאי קרינת UV (המשמשים בבדיקות קרם הגנה למדידת עוצמת UVB ו-UVA). בגלאי UV, פריזמות מפרידות בין אורכי גל UV, מה שמאפשר מדידה מדויקת של עוצמת כל טווח.

• חינוך ומחקר : הדגמת פיזור אור במעבדות פיזיקה (למשל, ניסוי הפריזמה הקלאסי של ניוטון, שבו אור לבן מתפצל לספקטרום קשת בענן) וקידום מחקרי אופטיקה קוונטית (למשל, מניפולציה של פוטונים בודדים של אורכי גל ספציפיים עבור מחשוב קוונטי). במחקר קוונטי, מנסרות בפיזור גבוה מאפשרות סינון מדויק באורך גל, שלב מרכזי ביצירת זוגות פוטונים מסתבכים.

שאלות נפוצות

ש: כיצד בחירת החומר משפיעה על הפיזור?

ת: בחירת החומר קובעת ישירות את הפיזור, בכימות לפי מספר האבה (מספרי אבה נמוכים יותר = פיזור גבוה יותר). משקפי צור כמו SF11 (מספר Abbe ~36) מספקים פיזור גבוה משמעותית ממשקפי כתר כמו BK7 (Abbe מספר ~65). זה הופך את משקפי הצור למועדפים עבור ספקטרוסקופיה של טווח גלוי, שבה יש צורך בהפרדה ספקטרלית חדה כדי להבחין באורכי גל מרווחים (למשל, 589.0nm ו-589.6nm, שני קווי הנתרן D). משקפי כתר, לעומת זאת, עדיפים ליישומים שבהם רצוי פיזור נמוך (למשל, מערכות הדמיה).

ש: האם מנסרות פיזור יכולות להחליף את רשתות העקיפה?

ת: כן, ביישומים שבהם אור תועה וטוהר ספקטרלי הם קריטיים. רשתות עקיפה מייצרות סדרים ספקטרליים מרובים (למשל, הסדר הראשון, השני והשלישי), שעלולים לחפוף ולגרום להפרעות אות - למשל, בספקטרוסקופיה של ראמאן, שבה ניתן להסוות אותות רמאן חלשים על ידי השתקפויות של סריג מסדר גבוה יותר. מנסרות, לעומת זאת, מייצרות סדר ספקטרלי יחיד, ומבטלות בעיה זו. לפריזמות יש גם ספי נזק גבוהים יותר מאשר לרשתות (שיש להן משטחים חרוטים עדינים), מה שהופך אותן למתאימות ללייזרים בעלי הספק גבוה (למשל, לייזרים תעשייתיים של 100W+) שבהם הסורגים עלולים להתקלקל.

ש: מה היתרון של מנסרות CaF₂?

ת: סידן פלואוריד (CaF₂) מציע שני יתרונות מרכזיים: שידור מעולה בטווחי UV ו-IR, ושבירה דו-פעמית נמוכה (השפעות קיטוב מינימליות). בטווח UV (200-400 ננומטר), CaF₂ מעביר יותר מ-90% מהאור, בעוד שסיליקה ממוזגת מעבירה ~80% ב-200 ננומטר. בטווח ה-IR (2000-8000nm), CaF₂ נמנע מרצועות הספיגה המגבילות חומרים אחרים (למשל, סיליקה ממוזגת סופגת חזק מעל 2100nm). מאפיינים אלה הופכים את CaF₂ לאידיאלי עבור בדיקת מוליכים למחצה (זיהוי פגמים על בסיס UV על פרוסות סיליקון) והדמיה תרמית (מדידת טמפרטורה מבוססת IR בתהליכים תעשייתיים).