Qualitat de la superfície
La qualitat superficial d'una superfície òptica descriu el seu aspecte cosmètic i inclou defectes com ara rascades i fosses, o excavacions.En la majoria dels casos, aquests defectes superficials són purament cosmètics i no afecten significativament el rendiment del sistema, però poden provocar una petita pèrdua de rendiment del sistema i un petit augment de la llum dispersa.Tanmateix, certes superfícies, però, són més sensibles a aquests efectes, com ara: (1) superfícies als plans de la imatge perquè aquests defectes estan enfocats i (2) superfícies que veuen nivells de potència elevats perquè aquests defectes poden causar una major absorció d'energia i danys. l'òptica.L'especificació més comuna utilitzada per a la qualitat de la superfície és l'especificació d'excavació de rascades descrita per MIL-PRF-13830B.La designació de rascades es determina comparant les rascades d'una superfície amb un conjunt de rascades estàndard en condicions d'il·luminació controlada.Per tant, la designació del scratch no descriu el scratch real, sinó que el compara amb un scratch estandarditzat segons la MIL-Spec.La designació d'excavació, però, es relaciona directament amb l'excavació, o petit pou a la superfície.La designació d'excavació es calcula al diàmetre de l'excavació en micres dividit per 10. Les especificacions d'excavació de rascades de 80-50 normalment es consideren qualitat estàndard, qualitat de precisió 60-40 i qualitat d'alta precisió 20-10.
| Taula 6: Toleràncies de fabricació per a la qualitat de la superfície | |
| Qualitat de la superfície (scratch-dig) | Grau de qualitat |
| 80-50 | Típic |
| 60-40 | Precisió |
| 40-20 | Alta precisió |
Planitud de la superfície
La planitud superficial és un tipus d'especificació de precisió de superfície que mesura la desviació d'una superfície plana, com ara la d'un mirall, finestra, prisma o lent plana.Aquesta desviació es pot mesurar mitjançant un pla òptic, que és una superfície de referència plana d'alta qualitat i alta precisió que s'utilitza per comparar la planitud d'una peça de prova.Quan la superfície plana de l'òptica de prova es col·loca contra el pla òptic, apareixen serrells la forma de les quals determina la planitud de la superfície de l'òptica sota inspecció.Si les franges estan uniformement espaiades, rectes i paral·leles, aleshores la superfície òptica a prova és almenys tan plana com la plana òptica de referència.Si els serrells són corbats, el nombre de serrells entre dues línies imaginàries, una tangent al centre d'una franja i una altra pels extrems d'aquesta mateixa franja, indica l'error de planitud.Les desviacions de la planitud sovint es mesuren en valors d'ones (λ), que són múltiples de la longitud d'ona de la font de prova.Un serrell correspon a ½ d'ona, és a dir, 1 λ equivalent a 2 serrells.
| Taula 7: Toleràncies de fabricació per a la planitud | |
| Planitud | Grau de qualitat |
| 1λ | Típic |
| λ/4 | Precisió |
| λ/10 | Alta precisió |
Poder
La potència és un tipus d'especificació de precisió de superfície, s'aplica a superfícies òptiques corbes o superfícies amb potència.És una mesura de curvatura a la superfície d'una òptica i difereix del radi de curvatura en què s'aplica a la desviació a microescala de la forma esfèrica d'una lent.Per exemple, considerem que la tolerància del radi de curvatura es defineix com 100 +/-0,1 mm, un cop generat, polit i mesurat aquest radi, trobem que la seva curvatura real és de 99,95 mm, que es troba dins de la tolerància mecànica especificada.En aquest cas, sabem que la distància focal també és correcta, ja que hem aconseguit la forma esfèrica correcta.Però només perquè el radi i la distància focal són correctes, no vol dir que la lent funcioni tal com està dissenyada.Per tant, no n'hi ha prou amb definir simplement el radi de curvatura sinó també la consistència de la curvatura, i això és precisament el que l'energia està dissenyada per controlar.De nou, utilitzant el mateix radi de 99,95 mm esmentat anteriorment, un òptic pot voler controlar encara més la precisió de la llum refracta limitant la potència a ≤ 1 λ.Això significa que en tot el diàmetre, no hi pot haver una desviació superior a 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) en la consistència de la forma esfèrica.Afegir aquest nivell de control més estricte a la forma superficial ajuda a assegurar-se que els raigs de llum d'un costat de la lent no es refracten de manera diferent als de l'altre costat.Com que l'objectiu pot ser aconseguir un enfocament puntual de tota la llum incident, com més consistent sigui la forma, més precisa es comportarà la llum quan travessa la lent.
Els òptics especifiquen l'error de potència en termes d'ones o serrells i el mesuren mitjançant un interferòmetre.Es prova d'una manera similar a la planitud, ja que es compara una superfície corba amb una superfície de referència amb un radi de curvatura altament calibrat.Utilitzant el mateix principi d'interferència causada pels buits d'aire entre les dues superfícies, el patró de serrells d'interferència s'utilitza per descriure la desviació de la superfície de prova de la superfície de referència (figura 11).Una desviació de la peça de referència crearà una sèrie d'anells, coneguts com els anells de Newton.Com més anells hi hagi, més gran serà la desviació.El nombre d'anells foscos o clars, no la suma de la llum i la foscor, correspon al doble del nombre d'ones d'error.
Figura 11: error de potència provat comparant-lo amb una superfície de referència o utilitzant un interferòmetre
L'error de potència està relacionat amb l'error en el radi de curvatura mitjançant la següent equació on ∆R és l'error del radi, D és el diàmetre de la lent, R és el radi de la superfície i λ és la longitud d'ona (normalment 632,8 nm):
Error de potència [ones o λ] = ∆R D²/8R²λ
Figura 12: Error de potència sobre diàmetre vs error de radi al centre
Irregularitat
La irregularitat té en compte les variacions a petita escala en una superfície òptica.Igual que la potència, es mesura en termes d'ones o franges i es caracteritza mitjançant un interferòmetre.Conceptualment, és més fàcil pensar en la irregularitat com una especificació que defineix com ha de ser uniformement llisa una superfície òptica.Mentre que els pics i valls mesurats en una superfície òptica poden ser molt consistents en una àrea, una secció diferent de l'òptica pot presentar una desviació molt més gran.En aquest cas, la llum refractada per la lent pot comportar-se de manera diferent depenent d'on es refracta per l'òptica.Per tant, la irregularitat és una consideració important a l'hora de dissenyar lents.La figura següent mostra com es pot caracteritzar aquesta desviació de la forma de superfície de la perfectament esfèrica mitjançant una especificació PV d'irregularitat.
Figura 13: Mesura de la Irregularitat PV
La irregularitat és un tipus d'especificació de precisió superficial que descriu com la forma d'una superfície es desvia de la forma d'una superfície de referència.S'obté de la mateixa mesura que la potència.La regularitat es refereix a l'esfericitat de les franges circulars que es formen a partir de la comparació de la superfície de prova amb la superfície de referència.Quan la potència d'una superfície és superior a 5 franges, és difícil detectar petites irregularitats de menys d'1 serrell.Per tant, és una pràctica habitual especificar superfícies amb una relació de potència a irregularitat d'aproximadament 5:1.
Figura 14: Planitud vs Potència vs Irregularitat
RMS Verses PV Power and Irregularity
Quan es parla de poder i irregularitat, és important discernir els dos mètodes pels quals es poden definir.El primer és un valor absolut.Per exemple, si es defineix una òptica que té una irregularitat d'ona, no pot haver-hi més d'una diferència d'ona entre el punt més alt i més baix de la superfície òptica o de pic a vall (PV).El segon mètode és especificar la potència o la irregularitat com a 1 ona RMS (arrel mitjana quadrada) o mitjana.En aquesta interpretació, una superfície òptica definida com 1 ona RMS irregular pot, de fet, tenir pics i valls que superin 1 ona, però, quan s'examina la superfície completa, la irregularitat mitjana global ha de situar-se dins d'1 ona.
Amb tot, RMS i PV són tots dos mètodes per descriure fins a quin punt la forma d'un objecte coincideix amb la seva curvatura dissenyada, anomenada "figura superficial" i "rugositat superficial", respectivament.Tots dos es calculen a partir de les mateixes dades, com ara una mesura d'un interferòmetre, però els significats són força diferents.PV és bo per donar un "el pitjor dels casos" per a la superfície;RMS és un mètode per descriure la desviació mitjana de la figura de la superfície respecte a la superfície desitjada o de referència.RMS és bo per descriure la variació global de la superfície.No hi ha una relació senzilla entre PV i RMS.No obstant això, per regla general, un valor RMS és aproximadament 0,2 tan estricte com el valor no mitjà quan es compara un al costat de l'altre, és a dir, 0,1 ona PV irregular és equivalent a aproximadament 0,5 ona RMS.
Acabat superficial
L'acabat superficial, també conegut com a rugositat superficial, mesura irregularitats a petita escala en una superfície.Normalment són un subproducte desafortunat del procés de poliment i del tipus de material.Fins i tot si l'òptica es considera excepcionalment llisa amb poca irregularitat a la superfície, en una inspecció de primer pla, un examen microscòpic real pot revelar una gran variació en la textura de la superfície.Una bona analogia d'aquest artefacte és comparar la rugositat de la superfície amb la gra de paper de vidre.Tot i que la mida més fina pot sentir-se suau i regular al tacte, la superfície es compon en realitat de pics i valls microscòpiques determinats per la mida física de la graella mateixa.En el cas de l'òptica, la "grana" es pot considerar com a irregularitats microscòpiques en la textura superficial causades per la qualitat del poliment.Les superfícies rugoses tendeixen a desgastar-se més ràpidament que les superfícies llises i poden no ser adequades per a algunes aplicacions, especialment aquelles amb làser o calor intensa, a causa dels possibles llocs de nucleació que poden aparèixer en petites esquerdes o imperfeccions.
A diferència de la potència i la irregularitat, que es mesuren en ones o fraccions d'ona, la rugositat de la superfície, a causa del seu enfocament extrem de primer pla en la textura de la superfície, es mesura a escala d'angstroms i sempre en termes de RMS.Per comparar, es necessiten deu angstroms per igualar un nanòmetre i 632,8 nanòmetres per igualar una ona.
Figura 15: Mesura RMS de la rugositat superficial
| Taula 8: Toleràncies de fabricació per a l'acabat superficial | |
| Rugositat superficial (RMS) | Grau de qualitat |
| 50Å | Típic |
| 20Å | Precisió |
| 5Å | Alta precisió |
Error de front d'ona transmès
L'error de front d'ona transmès (TWE) s'utilitza per qualificar el rendiment dels elements òptics a mesura que passa la llum.A diferència de les mesures de forma superficial, les mesures de front d'ona transmeses inclouen errors de la superfície frontal i posterior, la falca i l'homogeneïtat del material.Aquesta mètrica del rendiment global ofereix una millor comprensió del rendiment real d'una òptica.
Tot i que molts components òptics es proveen individualment per a la forma superficial o les especificacions TWE, aquests components inevitablement s'incorporen en conjunts òptics més complexos amb requisits de rendiment propis.En algunes aplicacions és acceptable confiar en les mesures i la tolerància dels components per predir el rendiment final, però per a aplicacions més exigents és important mesurar el conjunt tal com està construït.
Les mesures TWE s'utilitzen per confirmar que un sistema òptic està construït segons les especificacions i funcionarà com s'esperava.A més, les mesures TWE es poden utilitzar per alinear els sistemes de manera activa, disminuint el temps de muntatge, alhora que garanteix que s'aconsegueix el rendiment esperat.
Paralight Optics incorpora rectificadores i polidores CNC d'última generació, tant per a formes esfèriques estàndard, com per a contorns asfèrics i de forma lliure.L'ús de la metrologia avançada que inclou interferòmetres Zygo, perfilòmetres, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric, etc. tant per a la metrologia en procés com per a la inspecció final, així com els nostres anys d'experiència en fabricació i recobriment òptics ens permeten fer front a alguns dels més complexos i òptica d'alt rendiment per complir amb les especificacions òptiques requerides dels clients.
Per obtenir una especificació més detallada, consulteu el nostre catàleg d'òptiques o productes destacats.
Hora de publicació: 26-abril-2023