N-BK7 vs. Quarzglas: Das richtige Substrat wählen

By Esco Optics, Inc. | Published: 2026-10-14

Category: Kaufberatung

N-BK7 und Quarzglas lösen unterschiedliche optische Probleme. Vergleichen Sie UV-Transmission, Indexstabilität und thermisches Verhalten, um das richtige Substrat für Ihre Anwendung auszuwählen.

Kurze Antwort

Wenn Ihre Anwendung oberhalb von etwa 350 nm arbeitet und Sie das wirtschaftlichste, weit verbreitete optische Glas wünschen, wählen Sie N-BK7. Wenn Sie Transmission im ultravioletten Bereich, geringere thermische Ausdehnung oder bessere Leistung im tiefen UV benötigen, wählen Sie Quarzglas. Für die Fokussierung von Lasern bei 1064 nm, bei der sphärische Aberration eine Rolle spielt, liefert eine Bestform-Linse im richtigen Substrat den kleinsten Fleck.

Wo N-BK7 überzeugt und wo es an Grenzen stößt

N-BK7 ist ein Borosilikat-Kronglas mit einem Brechungsindex von etwa 1.517 bei 587.6 nm. Dieser Index ist von Charge zu Charge stabil, was es zur Standardwahl für optische Systeme im sichtbaren und nahen Infrarotbereich macht, wenn Kosten und Verfügbarkeit wichtig sind. Es überträgt gut von etwa 350 nm bis 2,000 nm und deckt damit die meisten Laser-Dioden-, Maschinenvisions- und allgemeinen Laboranwendungen ab. N-BK7 lässt sich zudem hervorragend polieren und akzeptiert problemlos Standard-Entspiegelungsbeschichtungen.

N-BK7 ist nicht mehr die richtige Wahl, wenn Sie in den UV-Bereich wechseln. Unterhalb von etwa 350 nm nimmt die interne Transmission stark ab. Wenn Ihre Quelle ein Laser mit 355 nm oder 266 nm ist, absorbiert ein N-BK7-Element genug Licht, um thermische Verformung und reduzierten Durchsatz zu verursachen. Das Material hat außerdem einen relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Vergleich zu Quarzglas, sodass bei großen Temperaturschwankungen die Fokuslage driften kann.

Was Quarzglas für UV- und thermische Stabilität bietet

Quarzglas ist amorphes Siliziumdioxid, kein kristallines Material. Seine UV-Grenze reicht viel tiefer als die von N-BK7, und niedrig-OH-Sorten übertragen im Infrarot gut über 3 Mikrometer hinaus. Das macht Quarzglas zum Standard-Substrat für Excimer-Laser, UV-Spektroskopie und alle Anwendungen, bei denen tiefe UV-Transmission unverzichtbar ist. Es hat auch einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als N-BK7, sodass es Form und Fokus besser hält, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert.

Der Kompromiss sind Kosten und Verfügbarkeit. Quarzglas-Rohlinge sind teurer in der Herstellung, und bestimmte Sorten benötigen längere Lieferzeiten. Es ist auch weicher als einige kristalline Alternativen, daher sind Handhabungs- und Reinigungsverfahren wichtiger. Für reine Sichtsysteme kauft man mit Quarzglas oft nichts, was man messen kann.

Substratwahl verändert die Linsengeometrie, nicht nur die Transmission

Der Brechungsindex des Substrats bestimmt den Formfaktor, der die sphärische Aberration in einer Einzellinse minimiert. Deshalb wird eine Bestformlinse für ein bestimmtes Material ausgelegt. Eine Bestformlinse aus N-BK7 hat andere Vorder- und Hinterradien als eine aus Quarzglas, weil der Indexunterschied das optimale Verhältnis verändert. Wenn Sie in einem Bestformdesign ein Substrat durch ein anderes ersetzen, verlieren Sie die Aberrationskorrektur, die es zur Bestform gemacht hat.

Dies ist besonders wichtig, wenn Sie einen Laser auf einen minimalen Fleck fokussieren. Eine sphärische Einzellinse im falschen Substrat erzeugt einen größeren Fleck und einen höheren Wellenfrontfehler als dasselbe Design im richtigen Glas. Wenn Sie eine Bestformlinse bestellen, geben Sie die Designwellenlänge und das Substrat gemeinsam an, damit die Radien für Ihre tatsächliche Anwendung berechnet werden.

Zylindrische und Fensteranwendungen folgen derselben Logik

Zylinderlinsen fokussieren Licht in einer Achse und werden häufig bei der Erzeugung von Laserlinien, der Bildgebung mit linearen Arrays und der Spaltspektroskopie eingesetzt. Es gelten dieselben Substratregeln: Wählen Sie N-BK7 für sichtbares und nahes Infrarot bei zylindrischen Anwendungen, wenn die Kosten eine Rolle spielen, und Quarzglas oder Quarzglas, wenn UV-Durchlässigkeit oder thermische Stabilität erforderlich ist. Eine Zylinderlinse aus G1 Quarzglas bietet beispielsweise die UV-Reichweite, die Borosilikat nicht erreichen kann.

Bei Fenstern und Schutzoptiken ist die Entscheidung einfacher. Wenn das Fenster nur sichtbares Licht durchlassen und die dahinterliegende Optik schützen muss, ist ein handelsübliches rundes Fenster aus N-BK7 oder einem gleichwertigen Material in der Regel ausreichend. Wenn das Fenster vor einer UV-Quelle sitzt oder Temperaturwechsel überstehen muss, ist ein Fenster aus Quarzglas mit niedrigem OH-Gehalt die bessere langfristige Wahl, da es bis 3 Mikrometer durchlässig ist und Temperaturschwankungen mit weniger Verformung bewältigt.

Entscheidungsregeln für die Substratwahl

Zuerst die Wellenlänge: Wenn Ihre kürzeste Wellenlänge unter 350 nm liegt, wählen Sie Quarzglas oder geschmolzenen Quarz. Wenn alles über 350 nm liegt, ist N-BK7 in der Regel ausreichend und kostengünstiger. Prüfen Sie zuerst das Quellspektrum.
Thermische Umgebung: Wenn die Optik Temperaturschwankungen von mehr als etwa 20°C ausgesetzt ist oder während der Aufwärmphase den Fokus halten muss, reduziert die geringere Wärmeausdehnung von Quarzglas die Drift. Stabile Labortische bevorzugen N-BK7; Feld- oder Vakuumsysteme bevorzugen oft Quarzglas.
Aberrationskorrektur: Bei der Einzelelementfokussierung hängt der optimale Formfaktor vom Substratindex ab. Bestellen Sie Substrat und Designwellenlänge gemeinsam, damit die Radien zu Ihrer Anwendung passen. Tauschen Sie Substrate in einem Bestform-Design niemals ohne Neuberechnung aus.
Budget und Lieferzeit: N-BK7 ist in der Regel günstiger und breiter verfügbar. Quarzglas kostet mehr und einige Qualitäten benötigen längere Beschaffungszeiten. Wenn die sichtbare Leistung ausreicht, schafft N-BK7 Budget für Beschichtungen oder Halterungen.

Produkte, die die Substratentscheidung veranschaulichen

Bestform-Laserlinsen, N-BK7 optisches Glas*: Bestform-Laserlinsen aus N-BK7 optischem Glas sind so geformt, dass die vorderen und hinteren Radien einem bestimmten Verhältnis folgen, das durch den Formfaktor des Materials bestimmt wird, wodurch die sphärische Aberration beim Fokussieren eines Lasers auf einen minimalen Punkt reduziert wird. Wenn Ihr Laser im sichtbaren oder NIR-Bereich arbeitet und Sie den kleinsten fokussierten Punkt wünschen, ist dies die wirtschaftliche Bestform-Option. Ersetzen Sie kein anderes Substrat, ohne das Design neu zu berechnen.
Bestform-Laserlinsen, S1-UV-Qualität Quarzglas: Bestform-Laserlinsen aus Quarzglas der Güteklasse S1-UV sind mit einer optionalen Designwellenlänge erhältlich, sodass Sie die Linse an Ihre UV-Quelle anpassen können. Für die Fokussierung bei 355 nm oder 266 nm bewahrt das Quarzglas-Bestform die Aberrationskorrektur bei der Wellenlänge, bei der N-BK7 absorbieren würde. Die Angabe der Designwellenlänge stellt sicher, dass die Radien für Ihren Laser optimiert sind.
Fenster in Handelsqualität, rund, aus Quarzglas der Güteklasse I2-IR mit niedrigem OH-Gehalt: Runde Fenster in Handelsqualität aus Quarzglas der Güteklasse I2-IR mit niedrigem OH-Gehalt transmitieren bis zu 3 Mikrometer und weisen einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, mit einer Oberflächengenauigkeit von 2λ pro Zoll oder besser. Dieses Fenster eignet sich für IR- und UV-Anwendungen, bei denen Borosilikat versagen würde. Die niedrige OH-Klasse und die thermische Stabilität machen es für Umgebungen mit Temperaturschwankungen geeignet.
Zylinderlinsen, G1 Quarzglas, Handelsqualität: Zylinderlinsen aus G1 Quarzglas in Handelsqualität erzeugen eine Brennlinie parallel zur Zylinderachse und eignen sich für die Abbildung linearer Arrays und spektroskopischer Spalte. Wenn Sie eine einachsige Fokussierung im UV-Bereich oder eine bessere thermische Stabilität als N-BK7 benötigen, deckt diese Quarzglas-Zylinderlinse Anwendungen ab, die Borosilikat nicht abdeckt.

Welches Substrat passt zu Ihrer Anwendung?

Wählen Sie N-BK7, wenn Sie benötigen

Fokussierung von sichtbarem oder nahinfrarotem Laserlicht, wenn Kosten und Verfügbarkeit entscheidend sind
Allgemeine Laboroptik, maschinelles Sehen oder Bildungsaufbauten über 350 nm
Eine Bestform-Linse für 1064 nm oder sichtbare Wellenlängen, bei der das Design bereits für Borosilikat optimiert ist

Wählen Sie stattdessen Quarzglas oder Quarz, wenn Sie Folgendes benötigen

UV-Durchlässigkeit unter 350 nm, z. B. für 355 nm- oder 266 nm-Lasersysteme
Thermische Stabilität bei Umgebungen mit großen Temperaturschwankungen
Infrarot-Durchlässigkeit bis zu 3 Mikrometern mit Fenstern aus niedrig-OH-Kieselglas