Rozpraszające pryzmaty

Przegląd produktu

Pryzmaty rozpraszające to optyczne narzędzia robocze, które rozdzielają światło białe (lub polichromatyczne światło lasera) na składowe długości fal poprzez kontrolowane załamanie — proces możliwy dzięki zależnemu od długości fali współczynnikowi załamania światła materiałów optycznych (dyspersja). W przeciwieństwie do siatek dyfrakcyjnych, które wytwarzają wiele nakładających się rzędów widmowych (co prowadzi do światła rozproszonego i zakłóceń sygnału), pryzmaty te generują pojedynczy, czysty sygnał widmowy, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających wysokiej czystości widmowej. Nasze pryzmaty dyspersyjne zostały zaprojektowane przy użyciu materiałów o wysokiej dyspersji (np. szkła flintowego), aby zmaksymalizować dyspersję kątową – kąt pomiędzy dwiema długościami fal (np. fiolet 400 nm i czerwień 700 nm) – z konfiguracjami zoptymalizowanymi pod kątem minimalnego kąta odchylenia. Pod tym kątem światło przemieszcza się równolegle do podstawy pryzmatu, minimalizując straty światła (redukując straty w transmisji do <2%) i zapewniając stałą separację widmową przez przezroczystą aperturę pryzmatu.

Cechy produktu

• Różnorodność materiałów : dostępne w Schott SF11 (szkło krzemienne o wyjątkowej dyspersji, liczba Abbego ~36 — znacznie niższe niż szkła koronowe, takie jak BK7, które mają liczbę Abbego ~65 — co czyni je idealnymi do spektroskopii widzialnej), F2 (inne szkło krzemienne o nieco niższej dyspersji niż SF11, odpowiednie do zastosowań wrażliwych na koszty), topionej krzemionki (wysoka przepuszczalność UV, idealne do spektroskopii UV do 185 nm) oraz CaF₂ (fluorek wapnia, materiał krystaliczny o doskonałej przepuszczalności podczerwieni). Każdy materiał jest ukierunkowany na określone zakresy widma: SF11 i F2 dla 400–700 nm, topiona krzemionka dla 185–2100 nm i CaF₂ dla 200–8000 nm.

• Zakres wymiarowy : rozmiary od 10 mm do 50 mm (modele standardowe, idealne do przenośnych spektrometrów i instrumentów laboratoryjnych) z opcjami niestandardowymi do 300 mm (do systemów wielkoformatowych, takich jak spektrometry astronomiczne używane w obserwatoriach). Wszystkie modele zachowują tolerancję ± 0,25 mm , zapewniając kompatybilność ze standardowymi mocowaniami optycznymi. długości, szerokości i wysokości

• Jakość optyczna : Charakteryzuje się jakością powierzchni 20-10 (gatunek standardowy, odpowiedni do większości zastosowań spektroskopii) i zniekształceniami czoła fali <λ/4 (stopiona krzemionka, krytyczne w zastosowaniach UV, gdzie błędy czoła fali pogarszają rozdzielczość widmową) lub <λ/10 (CaF₂, idealne do precyzyjnej spektroskopii IR). Specyfikacje te minimalizują rozproszenie światła (światło rozproszone <0,1% intensywności padającego światła) i zapewniają ostre, dobrze zdefiniowane linie widmowe.

• Pokrycie długości fali : modele z topionej krzemionki działają w zakresie od 185 nm do 2100 nm (obejmują zakresy UV, widzialnego i NIR, co czyni je uniwersalnymi do monitorowania środowiska i analizy materiałów), podczas gdy CaF₂ rozciąga się na średnią podczerwień do 8000 nm (stosowany w spektroskopii molekularnej, gdzie długości fal średniej podczerwieni odpowiadają trybom wibracji molekularnych). 

• Opcje powłok : Powłoki antyrefleksyjne (AR) dostosowane do określonych zakresów widmowych redukują odbicia powierzchniowe do <0,5% na powierzchnię. Na przykład powłoki AR wzmocnione promieniami UV na pryzmatach z topionej krzemionki minimalizują straty w zakresie 185–400 nm, podczas gdy powłoki zoptymalizowane pod kątem podczerwieni na pryzmatach CaF₂ poprawiają transmisję w zakresie 2000–8000 nm. Powłoki te są również odporne na zarysowania (spełniając normy MIL-C-675C), co zapewnia trwałość w często używanych środowiskach laboratoryjnych.

Aplikacje

Pryzmaty te mają fundamentalne znaczenie w:

• Spektroskopia : umożliwienie analizy chemicznej w badaniach spalania (pomiar emisji zanieczyszczeń z palników przemysłowych) i monitorowaniu środowiska (systemy ciągłego monitorowania emisji, CEMS, które śledzą poziomy SO₂, NOx i CO₂ w spalinach z elektrowni). W CEMS pryzmaty dyspersyjne oddzielają linie absorpcyjne gazów docelowych, umożliwiając precyzyjne pomiary stężeń z granicami wykrywalności tak niskimi jak 1 ppm.

• Systemy laserowe : oddzielanie harmonicznych w ultraszybkich laserach (np. lasery Ti:szafirowe wytwarzające światło podstawowe o długości fali 800 nm i drugiej harmonicznej o długości 400 nm) oraz kompensacja grupowej dyspersji prędkości (GVD) — zjawiska, w którym różne długości fali przemieszczają się z różnymi prędkościami w materiałach optycznych. Rozpraszając i ponownie łącząc długości fal, pryzmaty zapewniają, że ultraszybkie impulsy (w skali femtosekundowej) zachowują swój kształt, co jest krytyczne w zastosowaniach takich jak mikroobróbka laserowa.

• Oprzyrządowanie : Zasilanie kalibracji długości fali w kamerach automatycznego rozpoznawania tablic rejestracyjnych (ANPR) (zapewniających spójne wykrywanie kolorów na potrzeby odczytu tablic rejestracyjnych) i detektorach promieniowania UV (używanych w testach filtrów przeciwsłonecznych do pomiaru intensywności UVB i UVA). W detektorach UV pryzmaty oddzielają długości fal UV, umożliwiając dokładny pomiar intensywności każdego zakresu.

• Edukacja i badania : Demonstracja rozproszenia światła w laboratoriach fizycznych (np. klasyczny eksperyment Newtona z pryzmatem, w którym światło białe rozdziela się na widmo tęczowe) i postęp w badaniach nad optyką kwantową (np. manipulowanie pojedynczymi fotonami o określonych długościach fal do celów obliczeń kwantowych). W badaniach kwantowych pryzmaty o wysokiej dyspersji umożliwiają precyzyjne filtrowanie długości fali, co jest kluczowym krokiem w generowaniu splątanych par fotonów.

Często zadawane pytania

P: Jak wybór materiału wpływa na dyspersję?

Odp.: Wybór materiału bezpośrednio determinuje rozproszenie, określone ilościowo za pomocą liczby Abbego (niższe liczby Abbego = wyższe rozproszenie). Szkła krzemienne, takie jak SF11 (liczba Abbe ~36) zapewniają znacznie wyższą dyspersję niż szkła koronowe, takie jak BK7 (liczba Abbe ~65). To sprawia, że ​​szkła krzemienne są preferowane w spektroskopii w zakresie widzialnym, gdzie konieczna jest ostra separacja widm w celu rozróżnienia blisko oddalonych długości fal (np. 589,0 nm i 589,6 nm, dwie linie D sodu). Natomiast okulary koronowe są lepsze do zastosowań, w których pożądana jest niska dyspersja (np. systemy obrazowania).

P: Czy pryzmaty rozpraszające mogą zastąpić siatki dyfrakcyjne?

Odp.: Tak, w zastosowaniach, w których światło rozproszone i czystość widmowa są krytyczne. Siatki dyfrakcyjne wytwarzają wiele rzędów widmowych (np. pierwszy, drugi i trzeci rząd), które mogą nakładać się na siebie i powodować zakłócenia sygnału - na przykład w spektroskopii Ramana, gdzie słabe sygnały Ramana mogą być maskowane przez odbicia siatki wyższego rzędu. Pryzmaty natomiast generują pojedynczy porządek widmowy, eliminując ten problem. Pryzmaty mają również wyższe progi uszkodzeń niż siatki (które mają delikatne wytrawione powierzchnie), dzięki czemu nadają się do stosowania w laserach o dużej mocy (np. laserach przemysłowych o mocy ponad 100 W), gdzie siatki mogą ulec degradacji.

P: Jaka jest zaleta pryzmatów CaF₂?

Odp.: Fluorek wapnia (CaF₂) ma dwie kluczowe zalety: doskonałą transmisję w zakresie UV i IR oraz niską dwójłomność (minimalne efekty polaryzacji). W zakresie UV (200-400 nm) CaF₂ przepuszcza > 90% światła, podczas gdy topiona krzemionka przepuszcza ~ 80% przy 200 nm. W zakresie podczerwieni (2000-8000 nm) CaF₂ unika pasm absorpcji, które ograniczają inne materiały (np. topiona krzemionka absorbuje silnie powyżej 2100 nm). Te właściwości sprawiają, że CaF₂ idealnie nadaje się do kontroli półprzewodników (wykrywanie defektów płytek krzemowych w oparciu o promieniowanie UV) i obrazowania termicznego (pomiar temperatury w procesach przemysłowych w oparciu o podczerwień).