Rhomboïde prisma's

Productoverzicht

In tegenstelling tot wigprisma's (die stralen onder een hoek afbuigen) of rechthoekige prisma's (die van richting veranderen), verschuiven ruitvormige prisma's de straalas horizontaal of verticaal terwijl deze parallel blijft aan het oorspronkelijke pad. Deze pure vertaling is van cruciaal belang voor het vermijden van vignettering (gedeeltelijke bundelblokkering) in compacte optische opstellingen, zoals microscopiesystemen waarbij de ruimte tussen componenten beperkt is. Onze ruitvormige prisma's behouden de collimatie (bundelparallellisme) met <0,1° afwijking, waardoor de eigenschappen van de bundel (diameter, intensiteitsprofiel) na translatie onveranderd blijven - essentieel voor precisietoepassingen zoals laserspectroscopie of medische beeldvorming.

Producteigenschappen

• Materiaalselectie : Verkrijgbaar in Schott-glas (BK7 voor toepassingen met zichtbaar bereik, >92% transmissie bij 550 nm, ideaal voor algemene beeldvorming), saffier (hoge hardheid – Mohs 9 – en bestand tegen hoge temperaturen, geschikt voor zware omgevingen zoals industriële sensoren) en IR-kristallen (bijv. ZnSe voor midden-IR, 2-12 μm, of Ge voor langegolf-IR, 2-14 μm). BK7 is kosteneffectief voor zichtbaar gebruik (bijvoorbeeld microscoopoptiek), terwijl saffier de voorkeur heeft voor toepassingen die worden blootgesteld aan trillingen of stof (bijvoorbeeld camera's voor fabrieksautomatisering). IR-kristallen zijn geschikt voor thermische beeldvorming of gasdetectiesystemen die buiten het zichtbare spectrum werken.

• Precisiemetingen : hoektolerantie <2 boogseconden zorgt ervoor dat de vertaalde straal evenwijdig blijft aan het oorspronkelijke pad; zelfs een afwijking van 5 boogseconden kan een verkeerde uitlijning van de straal veroorzaken in lange optische paden (een padlengte van 1 meter zou bijvoorbeeld resulteren in een offset van 0,2 mm bij de detector). Vlakheid PV<1/10λ (bij 632,8 nm) op alle optische oppervlakken minimaliseert golffrontvervorming, wat van cruciaal belang is voor lasergebaseerde toepassingen (bijv. interferometrie) waar golffrontfouten de meetprecisie aantasten. De twee reflectieoppervlakken zijn gepolijst tot een parallelliteit van <1 boogseconde, waardoor een consistente translatie over de straal wordt gegarandeerd.

• Oppervlaktekwaliteit : 20-10 krasafwerking (standaardkwaliteit, geschikt voor de meeste toepassingen) met optionele AR-coatings afgestemd op specifieke golflengten. Voor zichtbare toepassingen verminderen AR-coatings reflectieverliezen tot <0,5% per oppervlak; voor IR-toepassingen verminderen coatings op ZnSe- of Ge-prisma's de verliezen tot <1%. Zwart gemaakte niet-optische oppervlakken onderdrukken strooilicht (strooilicht <0,5%) en voorkomen spookbeelden die de beeldkwaliteit zouden verslechteren. Voor systemen met hoge gevoeligheid (bijvoorbeeld astronomie bij weinig licht) is een oppervlaktekwaliteitsgraad van 10-5 beschikbaar om de verstrooiing verder te verminderen.

• Verplaatsingsbereik : standaardmodellen bieden een zijdelingse verschuiving van 1 mm tot 50 mm . Een verplaatsing van 1 mm is ideaal voor het fijnafstellen van de bundeluitlijning in laboratoriuminstrumenten (bijv. spectrometers), terwijl een verplaatsing van 50 mm wordt gebruikt in grote optische systemen (bijv. telescoopcamera's, waarbij het prisma de straal verschuift om mechanische componenten te vermijden). Aangepaste verplaatsingsbereiken (tot 100 mm) zijn beschikbaar voor gespecialiseerde toepassingen, zoals beeldvormingssystemen in de lucht- en ruimtevaart. De verplaatsingsafstand wordt bepaald door de lengte en de brekingsindex van het prisma. Voor BK7 (n=1,5168) zorgt een prisma van 50 mm voor een verplaatsing van ~10 mm.

• Mechanische stabiliteit : Robuuste constructie met een rechthoekige vorm die gemakkelijk past in standaard optische houders (bijvoorbeeld 1-inch of 2-inch lensbuizen). De solide geometrie van het prisma is bestand tegen door trillingen veroorzaakte verkeerde uitlijning, wat van cruciaal belang is voor industriële systemen (bijvoorbeeld laserscanners op transportbanden) of mobiele apparaten (bijvoorbeeld dronecamera's). Voor omgevingen met veel trillingen kunnen prisma's worden gemonteerd in schokabsorberende houders (met rubberen pakkingen) die de trillingsoverdracht met >80% verminderen. De prisma's hebben ook een hoge druksterkte (BK7: 800 MPa, saffier: 2000 MPa), waardoor ze bestand zijn tegen breuk tijdens het hanteren.

Toepassingen

Rhomboïde prisma's zijn essentieel bij:

• Lasertechnologie : aanpassing van de bundelpaden bij spectroscopie (bijv. Raman-spectroscopie, waarbij het prisma de laserbundel verschuift om uit te lijnen met het monster) en microscopie (fluorescentiemicroscopie, waarbij het prisma de excitatiebundel verplaatst om te voorkomen dat de detector wordt geblokkeerd). Bij Raman-spectroscopie is nauwkeurige bundeluitlijning van cruciaal belang voor het detecteren van zwakke Raman-signalen; zelfs een verkeerde uitlijning van 0,1 mm kan de signaalintensiteit met 50% verminderen. Bij microscopie zorgt de translatie van het prisma ervoor dat de excitatiestraal kan worden gepositioneerd zonder het monster te verplaatsen, waardoor het risico op monsterschade wordt verminderd.

• Instrumentatie : Uitlijnen van optische banken (gebruikt in laboratoriumonderzoek om laserexperimenten op te zetten) en compenseren van detectorpositie-offsets (bijvoorbeeld in IR-camera's, waar de detector enigszins verkeerd uitgelijnd kan zijn met de optische as). Optische banken gebruiken ruitvormige prisma's om de straalpaden nauwkeurig af te stemmen, bijvoorbeeld door een laserstraal 5 mm te verschuiven om uit te lijnen met een spiegel of lens. De detector-offsetcompensatie zorgt ervoor dat de straal het actieve gebied van de detector raakt, waardoor signaalverlies of vervorming wordt voorkomen.

• Defensie : het verschuiven van de stralen in richtsystemen (bijv. op tanks gemonteerde laserafstandsmeters) om verduistering door mechanische componenten (bijv. geweerlopen of sensoren) te voorkomen. Bij afstandsmeters verschuift het prisma de laserstraal rond de geweerloop, waardoor de straal het doel bereikt zonder te worden geblokkeerd. Dankzij dit ontwerp kan de afstandsmeter in de koepel van de tank worden geïntegreerd zonder dat dit ten koste gaat van de richtnauwkeurigheid.

• Biotechnologie : het positioneren van excitatiebundels in fluorescentiemicroscopen (gebruikt om cellen of weefsels in beeld te brengen) zonder de uitlijning van de monsters te verstoren. Bij live-celbeeldvorming kan het verplaatsen van het monster om het uit te lijnen met de straal ervoor zorgen dat cellen onscherp raken of beschadigd raken. Rhomboïde prisma's elimineren dit probleem door in plaats daarvan de straal te verschuiven, waardoor langdurige beeldvorming (uren of dagen) van levende cellen met consistente focus mogelijk wordt. De prisma's worden ook gebruikt bij flowcytometrie, waarbij ze de laserstraal verschuiven om uit te lijnen met het celstroompad, waardoor de celdetectie-efficiëntie wordt verbeterd.

Veelgestelde vragen

Vraag: Hoe wordt de verplaatsingsafstand bepaald?

A: De verplaatsingsafstand is afhankelijk van twee sleutelfactoren: de lengte van het prisma (de afstand tussen de ingangs- en uitgangsoppervlakken) en de brekingsindex van het materiaal (n). De formule voor verplaatsing (d) is ongeveer d = L × (n - 1) / n, waarbij L de lengte van het prisma is. Voor standaardmodellen:

• BK7-prisma's (n=1,5168) met L=50 mm bieden een verplaatsing van ~10 mm.

• Saffierprisma's (n=1,768) met L=50 mm bieden een verplaatsing van ~13 mm.

• ZnSe-prisma's (n=2,402) met L=50 mm bieden een verplaatsing van ~19 mm.

Op maat gemaakte prisma's kunnen worden ontworpen met specifieke lengtes om de gewenste verplaatsing te bereiken. Een 100 mm lang BK7-prisma biedt bijvoorbeeld een verplaatsing van ~20 mm.

Vraag: Kunnen ze werken met krachtige lasers?

A: Ja, indien vervaardigd uit hittebestendige materialen en gecoat met coatings met een hoge schadedrempel (HDT). Saffier- of siliciumprisma 's hebben de voorkeur voor gebruik met hoog vermogen:

• Saffierprisma's kunnen laservermogens met continue golf (CW) aan tot 1 kW/cm² in het zichtbare bereik, dankzij hun hoge thermische geleidbaarheid (46 W/m·K) en lage absorptie.

• Siliciumprisma's kunnen tot 5 kW/cm⊃2 aan; in het NIR-bereik (1-6 μm), waardoor ze geschikt zijn voor fiberlasers (1064 nm) of CO₂-lasers (10,6 μm, hoewel ZnSe de voorkeur heeft voor CO₂).

HDT AR-coatings (diëlektrische coatings in plaats van metaalcoatings) worden gebruikt om schade aan de coating te voorkomen. Deze coatings hebben schadedrempels van >10 kW/cm² voor CW-lasers en >1J/cm² voor gepulseerde lasers. Voor toepassingen met ultrahoog vermogen (bijvoorbeeld industriële lasers van meer dan 10 kW) kunnen prisma's watergekoeld worden om de warmte af te voeren.

Vraag: Zorgen ruitvormige prisma's voor polarisatieveranderingen?

A: Polarisatieveranderingen zijn minimaal, maar ze zijn afhankelijk van de polarisatietoestand van het invallende licht en het materiaal van het prisma. P-gepolariseerd licht (gepolariseerd parallel aan het invalsvlak) behoudt zijn polarisatietoestand beter dan S-gepolariseerd licht, met polarisatierotatie <1° voor BK7-prisma's. S-gepolariseerd licht kan een rotatie van maximaal 3° ondergaan, voornamelijk als gevolg van dubbele breking (een eigenschap waarbij licht zich in twee polarisaties splitst) in het prismamateriaal. Voor polarisatiegevoelige toepassingen (bijv. polarisatiemicroscopie) adviseren wij:

• Gebruik van P-gepolariseerd licht om rotatie te minimaliseren.

• Specificatie van prisma's gemaakt van materialen met een lage dubbele breking (bijvoorbeeld gesmolten silica, met een dubbele breking <1 nm/cm).