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Fenêtres optiques : introduction, fonctions et principes de conception

Les fenêtres optiques sont des plaques plates faites de matériaux optiquement transparents, conçues pour laisser passer la lumière dans les instruments optiques ou protéger les sources de lumière des environnements externes. Ces fenêtres sont conçues pour minimiser la réflexion et l'absorption tout en maximisant la transmission dans une plage de longueurs d'onde spécifique. Les principaux facteurs à prendre en compte lors de la sélection des fenêtres optiques incluent les spécifications de surface optique, les propriétés de transmission des matériaux et les exigences mécaniques personnalisées pour votre application.

Considérations clés pour la sélection des fenêtres optiques

Lors de la sélection d'optiques personnalisées pour votre application, deux propriétés essentielles sont les attributs du substrat et les spécifications de surface optique. Les propriétés des matériaux du substrat déterminent la transmittance, l'indice de réfraction et la dureté. Par exemple :

• 1. Bromure de potassium (KBr) :
  Transmet la lumière UV, visible et IR. Densité : 2,75 g/cm³, Indice de réfraction : 1,527.

• 2. Séléniure de zinc (ZnSe) :
  Bloque les UV et une partie de la lumière visible, transmet la lumière visible et IR de longueur d'onde plus élevée. Densité : 5,27 g/cm³, Indice de réfraction : 2,631.

• 3. Fenêtres en silice fondue :
  Densité : 2,202 g/cm³, Indice de réfraction : 1,40–1,55.

Ces matériaux offrent des plages de transmission et des indices de réfraction distincts, ce qui les rend adaptés à diverses applications.

Propriétés des matériaux et caractéristiques de transmission

L'indice de réfraction d'un matériau quantifie la vitesse à laquelle la lumière ralentit lorsqu'elle traverse le substrat. Il est calculé comme le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide à sa vitesse dans le matériau. Par exemple, l'indice de réfraction du ZnSe de 2,631 signifie que la lumière se déplace 2,631 × plus vite dans le vide que dans le ZnSe.

Les fenêtres en saphir (indice de réfraction : 1,76–1,77) sont largement utilisées dans les systèmes optiques en raison de leurs excellentes propriétés optiques. Pour les fenêtres en verre optique, l'indice de réfraction est généralement spécifié à 587,6 nm, la longueur d'onde standard pour la caractérisation optique.

Indice de réfraction et son rôle dans la transmission de la lumière

L'indice de réfraction est un paramètre fondamental de la conception optique, qui influence la façon dont la lumière interagit avec les matériaux. Un indice de réfraction plus élevé indique une propagation de la lumière plus lente à travers le matériau, ce qui affecte les trajets de la lumière dans les systèmes optiques. Par exemple :

• 1. Saphir : Indice de réfraction : 1,76–1,77 à 587,6 nm

• 2. Silice fondue : Indice de réfraction : 1,40–1,55

• 3. MgF₂ : Indice de réfraction : 1,378

Ces variations permettent une conception optimisée des systèmes optiques pour des plages de longueurs d'onde et des applications spécifiques.

Nombre d'Abbe et dispersion : comprendre la dépendance à la longueur d'onde

Le nombre d'Abbe est une autre spécification clé décrivant comment l'indice de réfraction d'un matériau change avec la longueur d'onde. Un nombre d'Abbe inférieur indique une dispersion plus élevée, ce qui signifie que l'indice de réfraction varie de manière plus significative sur les longueurs d'onde.

• 1. Saphir : Nombre d'Abbe : 72,24

• 2. Verre BK7 : Nombre d'Abbe : 64,17

• 3. MgF₂ : Nombre d'Abbe : 106,22

Le nombre d'Abbe élevé de MgF₂ signifie une faible dispersion, ce qui le rend idéal pour les applications nécessitant des performances constantes sur de larges plages de longueurs d'onde.