Монокристаллы фторида кальция (CaF2), обладающие широким спектром пропускания — от вакуумного ультрафиолета до среднего инфракрасного диапазона, — стали незаменимым материалом для изготовления окон в литографии в области глубокого ультрафиолета, эксимерных лазерах и инфракрасных тепловизионных системах. Компания Yutai Optics, являющаяся производителем прецизионных оптических компонентов, сертифицированным по стандарту ISO 9001, с момента своего основания в 2015 году последовательно уделяет особое внимание контролю технологического процесса при изготовлении плоских окон из фторида кальция. В данной статье на основе конкретных данных анализируются свойства материала, узкие места в технологическом процессе и обеспечение пропускания света плоских окон из фторида кальция.


Реакционный слой, образующийся при полировке: скрытый источник потерь коэффициента пропускания

Для плоских пластин из CaF2 без покрытия, отполированных с обеих сторон, потери коэффициента пропускания, обусловленные исключительно отражением Френеля, составляют примерно 8 %. Однако ещё более сложной проблемой является химический реакционный слой, образующийся в процессе полировки. При использовании традиционных полировальных паст на основе диоксида церия паста вступает в реакцию с поверхностью CaF2, образуя аморфный слой остатков или слой с отклонением от стехиометрического соотношения; этот реакционный слой демонстрирует значительное поглощение в ультрафиолетовом (УФ) спектре. Научные исследования подтвердили, что мягкие абразивы на основе оксида церия имеют тенденцию прилипать к поверхности детали после реакции с CaF2, вызывая пики поглощения в УФ-спектре. Суть технологического решения этой проблемы заключается в добавлении контролируемого этапа кислотной очистки после полировки. Кратковременное погружение в разбавленную азотную или уксусную кислоту позволяет эффективно удалить реакционный слой и компенсировать потерю фтора на поверхности; однако допустимые концентрация и временной интервал чрезвычайно узкие, а чрезмерное травление может фактически ухудшить шероховатость поверхности. При массовом производстве окон из CaF₂ компания Yutai Optics управляет согласованием системы полировальных растворов и состава очистителя как независимыми технологическими переменными, а не полагается на общий процесс очистки стекла.

Техническая реализация плоскостности и параллельности поверхности

Оптическая функция плоского окна обусловливает то, что основные показатели его характеристик сосредоточены на искажении волнового фронта проходящего излучения и параллельности. Типичные отраслевые технические требования к окнам из фторида кальция предписывают, чтобы искажение волнового фронта проходящего излучения было лучше, чем λ/8 при 633 нм, параллельность контролировалась в пределах 10 угловых секунд, а шероховатость поверхности находилась в диапазоне от 20/10 до 40/20. Для одновременного соблюдения этих требований при работе с мягкими и хрупкими материалами выбор метода зажима и параметров полировки имеет большее значение, чем размер абразивных зерен. Передовые исследования показывают, что использование технологии химико-механической полировки (CMP) и сбалансированное соотношение скоростей химического и механического снятия материала позволяют получить неповрежденную, сверхгладкую поверхность фторида кальция с шероховатостью, не превышающей 0,1 нм (среднеквадратичное значение). Компания Yutai Optics позиционируется на рынке мелких и средних партий продукции средней и высокой точности, располагая производственными площадями площадью 3 800 квадратных метров, на которых интегрированы процессы грубого шлифования, тонкого шлифования и полировки, прецизионного нанесения покрытий и контроля качества. При производстве плоских окон компания Yutai использует эластичные полировальные подушки низкого давления в сочетании со стратегией сегментированной подачи, чтобы поддерживать скорость удаления материала на низком уровне в обмен на стабильность сходимости профиля поверхности. Этот подход принципиально отличается от логики «эффективность превыше всего», применяемой при массовом производстве стеклянных окон.

Техническая сложность производства плоских окон из CaF2 заключается не в том, чтобы довести какой-либо отдельный показатель до предельного значения, а в одновременном обеспечении оптической однородности, точности профиля поверхности и коэффициента пропускания в рамках ограничений, налагаемых мягким и хрупким материалом. Хотя собственный коэффициент пропускания кристалла может превышать 99,6 %, поглощающие слои и подповерхностные повреждения, возникающие в процессе обработки, приводят к снижению его практических характеристик на один класс. Для производителей, ориентированных на мелко- и среднесерийное производство с требованиями средней и высокой точности, более целесообразно сосредоточиться на раздельном управлении химической и механической полировкой как основе технологического процесса, чем стремиться к повышению технических характеристик оборудования. Постоянные инвестиции и технологический опыт компании Yutai Optics в области производства окон из CaF2 служат наглядным подтверждением эффективности такого подхода.


Для получения более подробной информации о наших технологических возможностях и вариантах выбора плоских окон из CaF2, пожалуйста, свяжитесь с нами.

NEXT : Линза с положительным мениском | Руководство по изучению этой оптической линзы с низким уровнем абер