N-BK7 與熔融石英：選擇正確的基板
By Esco Optics, Inc. | Published: 2026-10-14
Category: 購買指南
N-BK7 與熔融石英解決不同的光學問題。比較紫外線穿透率、折射率穩定性與熱行為，為您的應用選擇合適的基板。
快速解答
如果您的應用在約 350 nm 以上運作，且您想要最經濟且廣泛供應的光學玻璃，請選擇 N-BK7。如果您需要紫外線透射、較低的熱膨脹，或在深紫外線中有更好的效能，請選擇熔融石英。對於 1064 nm 雷射聚焦且球面像差重要的情況，使用正確基材的 bestform 透鏡可提供最小的光點。
N-BK7 的優勢所在與其極限
N-BK7 是一種硼矽酸鹽冕牌玻璃，在 587.6 nm 波長下的折射率約為 1.517。該折射率在批次間保持穩定，使其成為在成本與供貨性重要的可見光與近紅外光學系統中的預設選擇。它在約 350 nm 至 2,000 nm 範圍內具有良好的透射性，涵蓋大多數雷射二極體、機器視覺及一般實驗室應用。N-BK7 也能拋光至優異的表面品質，並可輕鬆接受標準的抗反射鍍膜。
當您進入紫外光範圍時，N-BK7 就不再是正確的選擇。在約 350 nm 以下，內部透射率急劇下降。如果您的光源是 355 nm 或 266 nm 的雷射，N-BK7 光學元件會吸收足夠的光，導致熱變形和吞吐量降低。此外，與熔融石英相比，該材料的熱膨脹係數相對較高，因此在溫度變化較大的應用中，焦點可能會漂移。
熔融石英為紫外線與熱穩定性帶來的優勢
熔融石英是非晶態二氧化矽，並非結晶材料。其紫外線截止波長比 N-BK7 更深，低羥基等級在紅外線中可良好穿透至 3 微米以上。這使得熔融石英成為準分子雷射、紫外線光譜學以及任何深紫外線穿透不可或缺的應用之標準基板。此外，其熱膨脹係數低於 N-BK7，因此在環境溫度變化時能更好地維持形狀與焦距。
取捨在於成本與供應。熔融石英毛坯的生產成本較高，某些等級的供應時間較長。它也較部分結晶替代材料柔軟，因此處理與清潔程序更為重要。對於僅使用可見光的系統，花費在熔融石英上往往無法獲得可量測的效益。
基板選擇不僅影響穿透率，更會改變透鏡幾何形狀
基板的折射率決定了最小化單一元件透鏡球面像差的形狀因子。這就是為什麼最佳形透鏡是針對特定材料設計的。由 N-BK7 製成的最佳形透鏡，其前後曲率半徑與熔融石英製成的透鏡不同，因為折射率差異改變了最佳比例。若在最佳形設計中將一個基板替換為另一個，您將失去使其成為最佳形的像差校正。
這在將雷射聚焦到最小光點時最為重要。使用錯誤基板的球面單透鏡，會比相同設計但使用正確玻璃的透鏡產生更大的光點和更多的波前誤差。訂購最佳形透鏡時，請同時指定設計波長和基板，以便根據您的實際使用情況計算曲率半徑。
圓柱形與窗戶應用遵循相同邏輯
圓柱透鏡在單一軸向上聚焦光線，常用於雷射線產生、線性陣列成像和狹縫光譜學。相同的基板規則適用：在成本重要的可見光與近紅外圓柱應用中，選擇 N-BK7；當需要紫外線穿透或熱穩定性時，則選擇熔融石英或熔融矽石。例如，採用 G1 熔融石英的圓柱透鏡，能提供硼矽酸鹽無法比擬的紫外線波段。
對於窗戶和保護性光學元件，決策更為簡單。如果窗戶僅需通過可見光並保護後方的光學元件，使用 N-BK7 或同等材質的商用圓形窗戶通常就足夠了。如果窗戶位於紫外線光源前方，或必須承受熱循環，則低羥基熔融石英窗戶是更好的長期選擇，因為它能穿透至 3 微米，並在溫度變化下產生較少的變形。
基板選擇的決策規則
- 首先考慮波長： 如果您的波長下限低於 350 nm，請選擇熔融石英或熔融矽石。如果所有波長都高於 350 nm，N-BK7 通常就足夠且成本較低。 請先檢查光源光譜，再考慮其他因素。
- 熱環境： 如果光學元件會經歷超過約 20°C 的溫度變化，或必須在預熱期間保持對焦，熔融石英較低的熱膨脹可減少漂移。 穩定的實驗桌適合 N-BK7；現場或真空系統則常適合熔融石英。
- 像差校正： 對於單一元件聚焦，最佳形狀因子與基板折射率相關。請一併訂購基板與設計波長，使半徑符合您的應用需求。 切勿在未重新計算的情況下更換最佳形狀設計中的基板。
- 預算與前置時間： N-BK7 通常成本較低且庫存更充足。熔融石英成本較高，部分等級需要更長的採購時間。 若可見光效能足夠，選擇 N-BK7 可將預算保留用於鍍膜或支架。
說明基板選擇的產品
- Bestform 雷射透鏡，N-BK7 光學玻璃*: 採用 N-BK7 光學玻璃製成的 Bestform 雷射透鏡，其前後曲率半徑遵循由材料形狀因子決定的特定比例，在將雷射聚焦至最小光點時可減少球面像差。如果您的雷射在可見光或近紅外線範圍內運作，且您希望獲得最小的聚焦光點，這是最經濟的 Bestform 選擇。請勿在未重新計算設計的情況下替換其他基板。
- Bestform 雷射透鏡，S1-UV 等級熔融石英: S1-UV等級熔融石英製成的Bestform雷射透鏡，提供設計波長選項，讓您可以將透鏡與UV光源匹配。用於355 nm或266 nm聚焦時，熔融石英Bestform在N-BK7會吸收的波長下保持像差校正。指定設計波長可確保曲率半徑針對您的雷射進行最佳化。
- 商業品質圓形窗片，I2-IR低羥基等級熔融石英: I2-IR低羥基熔融石英製成的商業品質圓形窗片，可傳輸至3微米，並具有低熱膨脹係數，表面精度為每英寸2λ或更好。此窗片適用於硼矽酸鹽無法勝任的紅外線和紫外線應用。低羥基等級和熱穩定性使其適合溫度波動較大的環境。
- 圓柱透鏡，G1 熔融石英，商業級: G1 熔融石英製成的商業級圓柱透鏡，產生與圓柱軸平行的焦線，適用於線性陣列和光譜狹縫的成像。當您需要在紫外線下進行單軸聚焦，或需要比 N-BK7 更好的熱穩定性時，這款熔融石英圓柱透鏡可涵蓋硼矽酸鹽無法應用的場合。
哪種基板適合您的應用
如果您需要，請選擇 N-BK7
- 在成本與供貨情況為關鍵考量時，適用於可見光或近紅外雷射聚焦
- 一般實驗室光學、機器視覺或高於 350 nm 的教育用途配置
- 適用於 1064 nm 或可見光波長的最佳形狀透鏡，其設計已針對硼矽酸鹽玻璃最佳化
若您需要以下條件，請改選熔融二氧化矽或熔融石英
- 低於 350 nm 的紫外線穿透率，例如 355 nm 或 266 nm 雷射系統
- 在溫度大幅變動的環境中保持熱穩定性
- 採用低羥基熔融石英窗片，紅外線傳輸可達3微米
