Calidade da superficie
A calidade superficial dunha superficie óptica describe o seu aspecto cosmético e inclúe defectos como arañazos e pozos ou escavacións.Na maioría dos casos, estes defectos de superficie son puramente cosméticos e non afectan significativamente o rendemento do sistema, aínda que poden causar unha pequena perda no rendemento do sistema e un pequeno aumento da luz dispersa.Non obstante, certas superficies son máis sensibles a estes efectos, como: (1) superficies nos planos da imaxe porque estes defectos están enfocados e (2) superficies que ven niveis de potencia elevados porque estes defectos poden causar unha maior absorción de enerxía e danos. a óptica.A especificación máis común empregada para a calidade da superficie é a especificación de escavación de cero descrita pola MIL-PRF-13830B.A designación do risco determínase comparando os arañazos nunha superficie cun conxunto de arañazos estándar en condicións de iluminación controlada.Polo tanto, a designación de scratch non describe o scratch real, senón que o compara cun scratch estandarizado segundo a MIL-Spec.A designación de excavación, con todo, está directamente relacionada coa escavación, ou pequeno pozo na superficie.A designación da escavación calcúlase co diámetro da escavación en micras dividido por 10. As especificacións de escavación scratch de 80-50 adoitan considerarse calidade estándar, calidade de precisión 60-40 e calidade de alta precisión 20-10.
| Táboa 6: Tolerancias de fabricación para a calidade da superficie | |
| Calidade da superficie (scratch-dig) | Grao de calidade |
| 80-50 | Típico |
| 60-40 | Precisión |
| 40-20 | Alta precisión |
Planitud superficial
A planitude superficial é un tipo de especificación de precisión de superficie que mide a desviación dunha superficie plana como a dun espello, ventá, prisma ou lente plana.Esta desviación pódese medir usando un plano óptico, que é unha superficie de referencia plana de alta calidade e moi precisa que se usa para comparar a planitude dunha peza de proba.Cando a superficie plana da óptica de proba se coloca contra o plano óptico, aparecen franxas cuxa forma determina a planitude da superficie da óptica sometida a inspección.Se as franxas están uniformemente espaciadas, rectas e paralelas, entón a superficie óptica a proba é polo menos tan plana como a plana óptica de referencia.Se as franxas son curvas, o número de franxas entre dúas liñas imaxinarias, unha tanxente ao centro dunha franxa e outra polos extremos desa mesma franxa, indica o erro de planitude.As desviacións na planitude mídense a miúdo en valores de ondas (λ), que son múltiplos da lonxitude de onda da fonte de proba.Unha franxa corresponde a ½ de onda, é dicir, 1 λ equivalente a 2 franxas.
| Táboa 7: Tolerancias de fabricación para a planitude | |
| Planitude | Grao de calidade |
| 1λ | Típico |
| λ/4 | Precisión |
| λ/10 | Alta precisión |
Poder
A potencia é un tipo de especificación de precisión de superficie, aplícase a superficies ópticas curvas ou superficies con potencia.É unha medida de curvatura na superficie dunha óptica e difire do raio de curvatura en que se aplica á desviación a microescala na forma esférica dunha lente.Por exemplo, considere que a tolerancia do radio de curvatura defínese como 100 +/-0,1 mm, unha vez que este raio se xera, pule e mide, atopamos que a súa curvatura real é de 99,95 mm, que entra dentro da tolerancia mecánica especificada.Neste caso, sabemos que a distancia focal tamén é correcta xa que conseguimos a forma esférica correcta.Pero o feito de que o raio e a distancia focal sexan correctos non significa que a lente funcione segundo o deseño.Polo tanto, non basta con definir simplemente o raio de curvatura senón tamén a consistencia da curvatura, e isto é precisamente o que a potencia está deseñada para controlar.De novo usando o mesmo radio de 99,95 mm mencionado anteriormente, un óptico pode querer controlar aínda máis a precisión da luz refractada limitando a potencia a ≤ 1 λ.Isto significa que en todo o diámetro, non pode haber unha desviación maior que 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) na consistencia da forma esférica.Engadir este nivel de control máis estrito á forma da superficie axuda a asegurarse de que os raios de luz dun lado da lente non se refractan de forma diferente aos do outro lado.Dado que o obxectivo pode ser lograr un foco preciso de toda a luz incidente, canto máis consistente sexa a forma, máis preciso se comportará a luz ao atravesar a lente.
Os ópticos especifican o erro de potencia en termos de ondas ou franxas e mídeno mediante un interferómetro.Probáse dun xeito similar á planitude, xa que se compara unha superficie curva cunha superficie de referencia cun radio de curvatura moi calibrado.Usando o mesmo principio de interferencia causada polos espazos de aire entre as dúas superficies, utilízase o patrón de franxas de interferencia para describir a desviación da superficie de proba da superficie de referencia (Figura 11).Unha desviación da peza de referencia creará unha serie de aneis, coñecidos como aneis de Newton.Cantos máis aneis presentes, maior será a desviación.O número de aneis escuros ou claros, non a suma de luz e escuro, corresponde ao dobre do número de ondas de erro.
Figura 11: Erro de potencia probado comparándoo cunha superficie de referencia ou utilizando un interferómetro
O erro de potencia está relacionado co erro no raio de curvatura mediante a seguinte ecuación onde ∆R é o erro do raio, D é o diámetro da lente, R é o raio da superficie e λ é a lonxitude de onda (normalmente 632,8 nm):
Erro de potencia [ondas ou λ] = ∆R D²/8R²λ
Figura 12: Erro de potencia sobre o erro de diámetro e radio no centro
Irregularidade
A irregularidade ten en conta as variacións de pequena escala nunha superficie óptica.Do mesmo xeito que a potencia, mídese en termos de ondas ou franxas e caracterízase mediante un interferómetro.Conceptualmente, é máis fácil pensar na irregularidade como unha especificación que define o uniforme que debe ser unha superficie óptica.Mentres que os picos e vales medidos xerais nunha superficie óptica poden ser moi consistentes nunha área, unha sección diferente da óptica pode presentar unha desviación moito maior.Neste caso, a luz refractada pola lente pode comportarse de forma diferente dependendo de onde sexa refractada pola óptica.Polo tanto, a irregularidade é unha consideración importante ao deseñar lentes.A seguinte figura mostra como se pode caracterizar esta desviación da forma de superficie da perfectamente esférica mediante unha especificación de irregularidade PV.
Figura 13: Medición de irregularidades PV
A irregularidade é un tipo de especificación de precisión superficial que describe como a forma dunha superficie se desvía da forma dunha superficie de referencia.Obtense da mesma medida que a potencia.A regularidade refírese á esfericidade das franxas circulares que se forman a partir da comparación da superficie de proba coa superficie de referencia.Cando a potencia dunha superficie é superior a 5 franxas, é difícil detectar pequenas irregularidades de menos de 1 franxa.Polo tanto, é unha práctica común especificar superficies cunha relación de potencia a irregularidade de aproximadamente 5:1.
Figura 14: Planitude vs Potencia vs Irregularidade
RMS Verses PV Power and Irregularity
Cando se discute o poder e a irregularidade, é importante discernir os dous métodos polos que se poden definir.O primeiro é un valor absoluto.Por exemplo, se unha óptica se define como cunha irregularidade de onda, non pode haber máis dunha diferenza de onda entre o punto máis alto e máis baixo da superficie óptica ou de pico a val (PV).O segundo método é especificar a potencia ou irregularidade como 1 onda RMS (raíz cuadrática media) ou media.Nesta interpretación, unha superficie óptica definida como 1 onda RMS irregular pode, de feito, ter picos e vales que superen 1 onda, non obstante, ao examinar a superficie completa, a irregularidade media global debe caer dentro de 1 onda.
Con todo, RMS e PV son ambos métodos para describir o ben que a forma dun obxecto coincide coa súa curvatura deseñada, chamadas "figura superficial" e "rugosidade superficial", respectivamente.Ambos calcúlanse a partir dos mesmos datos, como unha medición de interferómetro, pero os significados son bastante diferentes.PV é bo para dar un "peor escenario" para a superficie;RMS é un método para describir a desviación media da figura da superficie respecto da superficie desexada ou de referencia.RMS é bo para describir a variación global da superficie.Non existe unha relación simple entre PV e RMS.Non obstante, como regra xeral, un valor RMS é de aproximadamente 0,2 tan rigoroso como o valor non medio cando se compara lado a lado, é dicir, 0,1 PV irregular de onda equivale a aproximadamente 0,5 RMS de onda.
Acabado superficial
O acabado superficial, tamén coñecido como rugosidade superficial, mide irregularidades a pequena escala nunha superficie.Normalmente son un desafortunado subproduto do proceso de pulido e do tipo de material.Aínda que a óptica se considere excepcionalmente suave con pouca irregularidade na superficie, nunha inspección de cerca, un exame microscópico real pode revelar unha gran variación na textura da superficie.Unha boa analoxía deste artefacto é comparar a rugosidade da superficie coa gran de papel de lixa.Aínda que o tamaño de grana máis fino pode sentirse suave e regular ao tacto, a superficie está composta en realidade de picos e vales microscópicos determinados polo tamaño físico do propio grano.No caso da óptica, a "grana" pode considerarse como irregularidades microscópicas na textura da superficie causadas pola calidade do pulido.As superficies rugosas tenden a desgastarse máis rápido que as superficies lisas e poden non ser adecuadas para algunhas aplicacións, especialmente aquelas con láser ou calor intensa, debido a posibles sitios de nucleación que poden aparecer en pequenas fendas ou imperfeccións.
A diferenza da potencia e da irregularidade, que se miden en ondas ou fraccións de onda, a rugosidade superficial, debido ao seu foco extremo sobre a textura superficial, mídese na escala de angstroms e sempre en termos de RMS.Para comparar, son necesarios dez angstroms para igualar un nanómetro e 632,8 nanómetros para igualar unha onda.
Figura 15: Medición RMS da rugosidade superficial
| Táboa 8: Tolerancias de fabricación para o acabado superficial | |
| Rugosidade superficial (RMS) | Grao de calidade |
| 50Å | Típico |
| 20Å | Precisión |
| 5Å | Alta precisión |
Erro de fronte de onda transmitido
O erro de fronte de onda transmitida (TWE) úsase para cualificar o rendemento dos elementos ópticos ao atravesar a luz.A diferenza das medicións da forma de superficie, as medicións da fronte de onda transmitidas inclúen erros da superficie frontal e posterior, a cuña e a homoxeneidade do material.Esta métrica de rendemento global ofrece unha mellor comprensión do rendemento real dunha óptica.
Aínda que moitos compoñentes ópticos son probados individualmente para a forma de superficie ou as especificacións TWE, estes compoñentes están inevitablemente incorporados en conxuntos ópticos máis complexos con requisitos de rendemento propios.Nalgunhas aplicacións é aceptable confiar nas medicións e tolerancias dos compoñentes para predecir o rendemento final, pero para aplicacións máis esixentes é importante medir o conxunto tal e como está construído.
As medicións TWE úsanse para confirmar que un sistema óptico está construído segundo as especificacións e funcionará como se esperaba.Ademais, as medicións de TWE pódense utilizar para aliñar activamente os sistemas, diminuíndo o tempo de montaxe, ao tempo que se garante o rendemento esperado.
Paralight Optics incorpora rectificadoras e pulidoras CNC de última xeración, tanto para formas esféricas estándar como contornos asféricos e de forma libre.Empregar a metroloxía avanzada, incluíndo interferómetros Zygo, perfilómetros, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric, etc. ópticas de alto rendemento para cumprir as especificacións ópticas requiridas dos clientes.
Para obter especificacións máis detalladas, consulte o noso catálogo óptico ou produtos destacados.
Hora de publicación: 26-Abr-2023