dichtbij
Kies uw site
Globaal
Sociale media
In tegenstelling tot spiegels (die een nauwkeurige kanteling vereisen om de afbuighoek aan te passen), bieden wigprisma's verstelbare straalsturing: het roteren van een enkel prisma verandert de afbuigrichting, terwijl het koppelen van twee prisma's (in een roterende houder) een continue 360° straalcontrole mogelijk maakt. De afbuigingshoek wordt bepaald door de wighoek van het prisma (de hoek tussen de twee vlakken) en de brekingsindex. Kleinere wighoeken (bijv. 1°) produceren kleinere afbuigingen (bijv. ~0,5° voor BK7), terwijl grotere wighoeken (bijv. 30°) grotere afbuigingen produceren (bijv. ~15° voor BK7). Onze wigprisma's leveren een afbuignauwkeurigheid <0,1°, waardoor ze onmisbaar zijn voor het uitlijnen van lasersystemen, optische banken en industriële scanners.
Materiaalkeuzes : Schott-glas (BK7 voor toepassingen met zichtbaar bereik, 400-700 nm, kosteneffectief voor algemeen gebruik), gesmolten silica (UV- en NIR-transmissie, 185-2100 nm, lage thermische uitzetting voor precisiesystemen) en ZnSe (mid-IR, 2-12 μm, ideaal voor CO₂-lasers). BK7 wordt gebruikt in consumententoepassingen (bijvoorbeeld laserpointers), gesmolten silica bij UV-uitharding of NIR-vezellasers, en ZnSe in industriële CO₂-lasersystemen (golflengte 10,6 μm). Elk materiaal wordt geselecteerd vanwege zijn spectrale compatibiliteit en afbuigingsprestaties. De hoge brekingsindex van ZnSe (n=2,402) produceert bijvoorbeeld grotere doorbuigingen voor een gegeven wighoek dan BK7 (n=1,5168).
Afbuigingsmogelijkheden : Enkele prisma's bieden een afbuiging van 0,74° tot 25° , afhankelijk van de wighoek en het materiaal:
1° wighoek (BK7): ~0,74° doorbuiging.
5° wighoek (BK7): ~3,7° doorbuiging.
30° wighoek (ZnSe): ~25° doorbuiging.
Gekoppelde systemen (twee prisma's gemonteerd in een roterende kooi) bereiken een besturing van 360° door de prisma's in tegengestelde richtingen te draaien. Door het ene prisma 90° met de klok mee te draaien en het andere 90° tegen de klok in, verandert de afbuigrichting met 180°. Deze flexibiliteit maakt gepaarde prisma's ideaal voor dynamische toepassingen zoals laserscannen.
Optische precisie : hoektolerantie <2 boogseconden (waarborgt een consistente afbuighoek over de straal), oppervlaktekwaliteit 20-10 (standaardkwaliteit, geschikt voor de meeste industriële toepassingen) en vlakheid PV<1/10λ (bij 632,8 nm, waardoor golffrontvervorming wordt geminimaliseerd). De twee vlakken zijn gepolijst tot een evenwijdigheid van <1 boogseconde, waardoor de wighoek uniform is. Zelfs een variatie van 1 boogseconde in de wighoek kan een afwijking van 0,00028° in de afbuiging veroorzaken, wat onaanvaardbaar is voor een nauwkeurige uitlijning. Voor lasers met hoog vermogen zijn prisma's met een oppervlaktekwaliteit van 10-5 beschikbaar om verstrooiing te verminderen.
Montageopties : Ongemonteerd beschikbaar (voor aangepaste integratie in optische systemen) of in 360° draaibare kooien (aluminium of roestvrijstalen houders met vergrendelbare stelschroeven). Draaibare kooien maken een nauwkeurige aanpassing van de afbuigrichting mogelijk, met hoekmarkeringen (0-360°) voor herhaalbare positionering. Sommige kooien zijn voorzien van fijnafstellingsknoppen (met een resolutie van 0,1°) voor uiterst nauwkeurige uitlijning, essentieel voor laboratoriumtoepassingen zoals interferometrie. Voor industrieel gebruik zijn waterdichte en stofdichte kooien beschikbaar om prisma's in ruwe omgevingen te beschermen.
Coatingoplossingen : AR-coatings die zijn afgestemd op specifieke golflengten verminderen oppervlaktereflecties tot <0,5% per oppervlak (zichtbaar) of <1% (IR/UV). Bijvoorbeeld:
Zichtbare AR-coatings (400-700 nm) voor BK7-prisma's in laserpointers.
UV AR-coatings (248-400 nm) voor prisma's van gesmolten silica bij UV-uitharding.
IR AR-coatings (10,6 μm) voor ZnSe-prisma's in CO₂-lasers.
Zwart gemaakte randen (matzwarte coating) onderdrukken strooilicht (strooilicht <0,5%), waardoor interferentie met andere optische componenten wordt voorkomen. Voor lasers met hoog vermogen worden AR-coatings met hoge schadedrempel (HDT) (diëlektrische coatings) gebruikt om pulsenergieën tot 1J/cm⊃2 te weerstaan; .
Wigprisma's zijn van cruciaal belang bij:
Engineering : Laserscanners aanpassen voor 3D-modellering (architectonisch scannen van historische gebouwen, waarbij het prisma de laser stuurt om gedetailleerde oppervlakken vast te leggen) en dimensionale inspectie (inspectie van halfgeleiderwafels, waarbij het prisma de laser uitlijnt met de rand van de wafer). 3D-scanners maken gebruik van gekoppelde wigprisma's om 360°-scannen mogelijk te maken, waarbij elke hoek van het gebouw met een resolutie van <0,1 mm wordt vastgelegd. Waferinspectiesystemen maken gebruik van kleine (5-10 mm) prisma's van gesmolten silica om de laser uit te lijnen, waardoor defecten (bijvoorbeeld krassen) zo klein als 1 μm worden gedetecteerd.
Defensie : stuurstralen in richtsystemen (straaljagerlaserrichtpods, waarbij het prisma de straal aanpast om bewegende doelen te volgen) en adaptieve optica (telescopen, waarbij het prisma atmosferische vervorming corrigeert). Targetingpods maken gebruik van roterende wigprisma's met hoge snelheid om doelen te volgen die met een snelheid van 1000 km/u bewegen, waarbij de afbuiging in milliseconden wordt aangepast. Adaptieve optische systemen gebruiken meerdere wigprisma's om golffrontfouten te corrigeren, waardoor de beeldresolutie van de telescoop met 50% wordt verbeterd.
Onderzoek : Controle van lichtpaden in interferometers (precieze lengtemeting, waarbij het prisma de padlengte van één straal aanpast om interferentieranden te creëren) en optische pincetten (die kleine deeltjes zoals cellen manipuleren, waarbij het prisma de laser stuurt om deeltjes op te vangen en te verplaatsen). Interferometers maken gebruik van wigprisma's om de verschillen in padlengte te verfijnen (tot 1 nm), waardoor het meten van afstanden met precisie op atomaire schaal mogelijk wordt. Optische pincetten gebruiken gepaarde prisma's om de laserstraal te sturen, waardoor onderzoekers cellen of nanodeeltjes kunnen verplaatsen met een nauwkeurigheid van <1 μm.
Vraag: Hoe wordt de afbuighoek berekend?
A: Voor kleine wighoeken (α < 10°) wordt de afbuighoek (δ) benaderd met de formule: δ = (n - 1) × α, waarbij n de brekingsindex van het prisma is en α de wighoek (in graden). Deze benadering is nauwkeurig tot op 1% voor kleine hoeken. Voor grotere hoeken is de volledige brekingsformule (met behulp van de wet van Snell) vereist:
Bereken de brekingshoek op het eerste vlak: n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂), waarbij n₁=1 (lucht), θ₁=α (invalshoek), n₂=n (prisma).
Bereken de invalshoek op het tweede vlak: θ₃ = α - θ₂.
Bereken de afbuighoek: δ = θ₁ + θ₄ - α, waarbij θ₄ de brekingshoek aan het tweede vlak is (n₂ × sin(θ₃) = n₁ × sin(θ₄)).
Voorbeeld: BK7-prisma (n=1,5168) met α=5°:
Kleine-hoekbenadering: δ ≈ (1,5168 - 1) × 5 ≈ 2,584°.
Volledige berekening: δ ≈ 2,6°, zeer dicht bij de benadering.
Vraag: Wat is het voordeel van gepaarde wigprisma's?
A: Gepaarde wigprisma's bieden twee belangrijke voordelen ten opzichte van enkele prisma's:
360° straalbesturing : Door de twee prisma's in tegengestelde richtingen te draaien (bijvoorbeeld één met de klok mee, één tegen de klok in) verandert de afbuigrichting zonder de afbuighoek te veranderen. Als u bijvoorbeeld beide prisma's 45° in tegengestelde richtingen draait, verschuift de afbuigrichting met 90° terwijl δ constant blijft. Dit is onmogelijk met een enkel prisma, dat alleen van richting kan veranderen door het hele prisma te draaien (waardoor ook de invalshoek verandert, waardoor δ verandert).
Variabele afbuighoek : Door de prisma's in dezelfde richting te draaien, verandert de effectieve wighoek; door beide 30° in dezelfde richting te draaien, wordt de effectieve wighoek (en dus δ) voor kleine hoeken verdubbeld. Dit maakt dynamische aanpassing van de afbuighoek mogelijk, waardoor gepaarde prisma's ideaal zijn voor toepassingen zoals laserscannen waarbij δ in realtime moet veranderen.
Vraag: Kunnen ze lasers met hoog vermogen aan?
A: Ja, indien gemaakt van hittebestendige materialen en gecoat met HDT-coatings. De belangrijkste overwegingen zijn:
Materiaal : Saffier of ZnSe hebben de voorkeur:
Saffier: verwerkt CW-laservermogens tot 1 kW/cm² in het zichtbare bereik dissipeert de hoge thermische geleidbaarheid (46 W/m·K) de warmte.
ZnSe: verwerkt tot 5 kW/cm² in het midden-IR (10,6 μm), ideaal voor CO₂-lasers.
Coatings : HDT diëlektrische AR-coatings (in plaats van metalen coatings) hebben schadedrempels >10kW/cm² voor CW-lasers en >1J/cm² voor gepulseerde lasers (bijv. femtosecondelasers).
Koeling : Voor toepassingen met ultrahoog vermogen (bijvoorbeeld industriële lasers van meer dan 10 kW) worden watergekoelde steunen gebruikt om de warmte af te voeren, waardoor schade aan het prisma wordt voorkomen. Een watergekoeld ZnSe-wigprisma kan bijvoorbeeld een CO₂-laservermogen van 20 kW verwerken zonder oververhitting.
