N-BK7 vs sílice fundida: elegir el sustrato adecuado

Respuesta rápida

Si su aplicación funciona por encima de aproximadamente 350 nm y desea el vidrio óptico más económico y ampliamente disponible, elija N-BK7. Si necesita transmisión en el ultravioleta, menor expansión térmica o mejor rendimiento en el UV profundo, elija sílice fundida. Para el enfoque de láser a 1064 nm donde la aberración esférica importa, una lente bestform en el sustrato adecuado le da el punto más pequeño.

Dónde gana N-BK7 y dónde se queda corto

N-BK7 es un vidrio crown de borosilicato con un índice de refracción de aproximadamente 1.517 a 587.6 nm. Ese índice es estable lote a lote, lo que lo convierte en la opción predeterminada para sistemas ópticos de luz visible e infrarrojo cercano donde el coste y la disponibilidad importan. Transmite bien desde aproximadamente 350 nm hasta 2,000 nm, cubriendo la mayoría de los trabajos con láser de diodo, visión artificial y laboratorio en general. N-BK7 también se pule hasta obtener una excelente calidad de superficie y acepta fácilmente recubrimientos antirreflectantes estándar.

N-BK7 deja de ser la respuesta correcta cuando se pasa al ultravioleta. Por debajo de aproximadamente 350 nm, la transmisión interna cae bruscamente. Si su fuente es un láser de 355 nm o 266 nm, una óptica de N-BK7 absorberá suficiente luz como para causar distorsión térmica y una reducción del rendimiento. El material también tiene un coeficiente de expansión térmica relativamente alto en comparación con la sílice fundida, por lo que en aplicaciones con grandes variaciones de temperatura, el foco puede desplazarse.

Lo que aporta la sílice fundida para la estabilidad UV y térmica

La sílice fundida es dióxido de silicio amorfo, no un material cristalino. Su límite de transmisión UV se extiende mucho más profundo que el del N-BK7, y los grados de bajo contenido en OH transmiten bien más allá de 3 micras en el infrarrojo. Esto convierte a la sílice fundida en el sustrato estándar para láseres excimer, espectroscopia UV y cualquier aplicación donde la transmisión UV profunda sea innegociable. También tiene un coeficiente de expansión térmica más bajo que el N-BK7, por lo que mantiene mejor la forma y el foco cuando cambia la temperatura ambiente.

La contrapartida es el coste y la disponibilidad. Los discos de sílice fundida son más caros de producir y ciertos grados tardan más en conseguirse. También es más blanda que algunas alternativas cristalinas, por lo que los procedimientos de manipulación y limpieza son más importantes. Para sistemas solo visibles, pagar por sílice fundida a menudo no compra nada que se pueda medir.

La elección del sustrato cambia la geometría de la lente, no solo la transmisión

El índice de refracción del sustrato determina el factor de forma que minimiza la aberración esférica en una lente de un solo elemento. Por eso, una lente bestform se diseña para un material específico. Una lente bestform fabricada con N-BK7 tiene radios frontal y posterior diferentes a los de una fabricada con sílice fundida, porque la diferencia de índice altera la relación óptima. Si sustituye un sustrato por otro en un diseño bestform, pierde la corrección de aberración que lo hacía bestform en primer lugar.

Esto es especialmente importante cuando se enfoca un láser al punto mínimo. Una lente esférica simple con el sustrato incorrecto producirá un punto más grande y un error de frente de onda mayor que el mismo diseño con el vidrio correcto. Al pedir una lente bestform, especifique la longitud de onda de diseño y el sustrato juntos para que los radios se calculen para su uso real.

Las aplicaciones cilíndricas y de ventanas siguen la misma lógica

Las lentes cilíndricas enfocan la luz en un eje y son comunes en la generación de líneas láser, la imagen de matrices lineales y la espectroscopía de rendija. Se aplican las mismas reglas de sustrato: elija N-BK7 para trabajo cilíndrico en visible e infrarrojo cercano donde el costo importa, y sílice fundida o cuarzo fundido cuando se requiere transmisión UV o estabilidad térmica. Una lente cilíndrica en cuarzo fundido G1, por ejemplo, le brinda el alcance UV que el borosilicato no puede igualar.

Para ventanas y ópticas protectoras, la decisión es más simple. Si la ventana solo necesita pasar luz visible y proteger la óptica detrás de ella, una ventana circular de calidad comercial en N-BK7 o equivalente suele ser suficiente. Si la ventana está frente a una fuente UV o debe soportar ciclos térmicos, una ventana de sílice fundida de bajo OH es la mejor opción a largo plazo porque transmite hasta 3 micras y maneja los cambios de temperatura con menos distorsión.

Reglas de decisión para la selección del sustrato

• Primero, la longitud de onda: Si su longitud de onda más corta es inferior a 350 nm, elija sílice fundida o cuarzo fundido. Si todo está por encima de 350 nm, N-BK7 suele ser suficiente y cuesta menos. Compruebe el espectro de la fuente antes que cualquier otra cosa.
• Entorno térmico: Si la óptica va a experimentar variaciones de temperatura superiores a aproximadamente 20°C o debe mantener el enfoque durante el calentamiento, la menor expansión térmica de la sílice fundida reduce la deriva. Las mesas de laboratorio estables favorecen el N-BK7; los sistemas de campo o de vacío suelen favorecer la sílice fundida.
• Corrección de aberraciones: Para el enfoque de un solo elemento, el factor de forma óptimo está ligado al índice del sustrato. Solicite el sustrato y la longitud de onda de diseño juntos para que los radios coincidan con su aplicación. Nunca cambie los sustratos en un diseño bestform sin recalcular.
• Presupuesto y plazo de entrega: N-BK7 suele ser más económico y está más disponible en stock. La sílice fundida cuesta más y algunos grados tardan más en obtenerse. Si el rendimiento visible es suficiente, N-BK7 libera presupuesto para recubrimientos o soportes.

Productos que ilustran la decisión sobre el sustrato

• Lentes láser Bestform, vidrio óptico N-BK7*: Las lentes láser Bestform de vidrio óptico N-BK7 están diseñadas de modo que los radios frontal y posterior siguen una proporción específica determinada por el factor de forma del material, lo que reduce la aberración esférica al enfocar un láser a un punto mínimo. Si su láser opera en el visible o NIR y desea el punto enfocado más pequeño, esta es la opción económica de Bestform. No sustituya un sustrato diferente sin recalcular el diseño.
• Lentes láser Bestform, sílice fundida de grado S1-UV: Las lentes láser Bestform de sílice fundida de grado S1-UV están disponibles con una opción de longitud de onda de diseño, lo que le permite ajustar la lente a su fuente UV. Para enfoque a 355 nm o 266 nm, la forma Bestform de sílice fundida conserva la corrección de aberración en la longitud de onda donde N-BK7 absorbería. Especificar la longitud de onda de diseño garantiza que los radios estén optimizados para su láser.
• Ventanas de calidad comercial, circulares, de sílice fundida de grado I2-IR de bajo OH: Ventanas circulares de calidad comercial de sílice fundida de grado I2-IR de bajo OH transmiten hasta 3 micras y tienen un bajo coeficiente de expansión térmica, con una precisión superficial de 2λ por pulgada o mejor. Esta ventana funciona para aplicaciones de IR y UV donde el borosilicato fallaría. El grado de bajo OH y la estabilidad térmica la hacen adecuada para entornos con fluctuaciones de temperatura.
• Lentes cilíndricas, cuarzo fundido G1, grado comercial: Las lentes cilíndricas de cuarzo fundido G1 de grado comercial producen una línea focal paralela al eje cilíndrico, útil para imágenes de matrices lineales y rendijas espectroscópicas. Cuando necesite un enfoque de un solo eje en UV o con mejor estabilidad térmica que N-BK7, esta lente cilíndrica de cuarzo fundido cubre aplicaciones que el borosilicato no puede.

Qué sustrato se adapta a su aplicación

Elija N-BK7 si necesita

• Enfoque de láser visible o de infrarrojo cercano donde el coste y la disponibilidad son importantes
• Óptica general de laboratorio, visión artificial o configuraciones educativas por encima de 350 nm
• Una lente bestform para 1064 nm o longitudes de onda visibles donde el diseño ya está optimizado para borosilicato

Elija sílice fundida o cuarzo fundido en su lugar si necesita

• Transmisión UV por debajo de 350 nm, como sistemas láser de 355 nm o 266 nm
• Estabilidad térmica en entornos con grandes variaciones de temperatura
• Transmisión infrarroja hasta 3 micras con ventanas de sílice fundida de bajo contenido en OH