اختيار النوافذ البصرية: فلوريد الكالسيوم ومنافسيه

مقدمة

تُستخدم النوافذ الضوئية في العديد من الأجهزة. فهي تسمح بمرور الضوء بينما تحمي الأجزاء الحساسة. تعتمد العديد من الأجهزة، من الكاميرات إلى الليزر، على هذه النوافذ. إحدى المواد الشائعة هي فلوريد الكالسيوم.

خصائص فلوريد الكالسيوم

فلوريد الكالسيوم هو بلورة معروفة. يتم استخدامه لنقله الممتاز للضوء. فهو شفاف من الأطوال الموجية فوق البنفسجية العميقة التي تبلغ حوالي 130 نانومتر إلى الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء التي تقترب من 9 ميكرومتر. وهذا يجعله مفيدًا للعديد من التطبيقات البصرية. ويساعد معامل انكساره المنخفض، حوالي 1.43 في النطاق المرئي، على تقليل خسائر الانعكاس. يشتهر فلوريد الكالسيوم أيضًا بثباته الحراري. فهو يتعامل مع التغيرات الحرارية المعتدلة دون تغييرات كبيرة في خصائصه البصرية. وقد جعلته هذه الميزات عنصرًا أساسيًا في العدسات والمناشير المستخدمة في الأنظمة البصرية عالية الأداء.

وفي الحالات الشائعة مثل الطباعة الحجرية لأشباه الموصلات أو أنظمة الليزر، تُعتبر نوافذ فلوريد الكالسيوم ذات قيمة عالية بسبب انخفاض تشتتها. فهي تحافظ على جودة الشعاع حتى من خلال المسارات البصرية المعقدة. وغالباً ما يتم اختيارها عندما يكون فقدان الإشارة المنخفض ضرورياً.

مزيد من القراءة: مواد الفلورايد الشائعة في التطبيقات الصناعية

فلوريد الكالسيوم مقابل السيليكا المنصهرة

السيليكا المنصهرة هي مادة بصرية أخرى مستخدمة على نطاق واسع. وهي قوية جداً وتقاوم درجات الحرارة العالية. ويبدأ انتقال الضوء الخاص بها حوالي 180 نانومتر في نطاق الأشعة فوق البنفسجية ويمتد إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة. ومع ذلك، يبلغ معامل انكساره حوالي 1.46، وهو أعلى قليلاً من فلوريد الكالسيوم. هذا المؤشر الأعلى يمكن أن يسبب المزيد من الانعكاسات الضوئية على السطح. ويفضل استخدام السيليكا المنصهرة في التطبيقات التي تتطلب قوة ميكانيكية ومتانة. وعلى النقيض من ذلك، يتم اختيار فلوريد الكالسيوم عند الحاجة إلى الحد الأدنى من التشتت وانخفاض التشتت.

على سبيل المثال، عند استخدامها في بصريات الليزر، يمكن أن يؤدي التشتت المنخفض لفلوريد الكالسيوم إلى تحسين جودة الشعاع. في البيئات القاسية، قد تكون السيليكا المنصهرة مفضلة في البيئات القاسية بسبب متانتها. تقدم كل مادة فوائد واضحة، اعتمادًا على متطلبات التطبيق.

فلوريد الكالسيوم مقابل الياقوت الأزرق

الياقوت مادة صلبة ومتينة للغاية. يمكنه التعامل مع الخدش الشديد والأحمال الميكانيكية العالية. نوافذ الياقوت مثالية للظروف القاسية. فهي تعمل بشكل جيد في كل من درجات الحرارة العالية والمنخفضة. يبدأ نطاق إرسال الياقوت عادةً في منطقة الضوء المرئي. وبالمقارنة، فإن فلوريد الكالسيوم له نطاق إرسال أوسع. وهو أفضل للأجزاء فوق البنفسجية وتحت الحمراء من الطيف. يعتمد الاختيار بين هذين النوعين على ظروف العمل. عندما تكون مقاومة الخدش أولوية، يفوز الياقوت. عندما تكون هناك حاجة إلى نطاق واسع من الطول الموجي، قد يكون فلوريد الكالسيوم هو الخيار الأفضل.

من الناحية العملية، تميل بعض أنظمة الليزر وتطبيقات التصوير المتقدمة إلى تفضيل فلوريد الكالسيوم لخصائصه الأقل امتصاصًا على نطاق أوسع.

مزيد من القراءة: ركائز الياقوت والياقوت والألومينا، كيفية الاختيار

فلوريد الكالسيوم مقابل فلوريد المغنيسيوم

فلوريد المغنيسيوم هو مادة بصرية أخرى مفيدة. وغالبًا ما يمتد نطاق إرساله من حوالي 120 نانومتر في الأشعة فوق البنفسجية إلى 7 ميكرومتر في الأشعة تحت الحمراء. ويبلغ معامل انكسارها حوالي 1.38، أي أقل من كل من فلوريد الكالسيوم والسيليكا المنصهرة. وبفضل معامل الانكسار المنخفض، يوفر فلوريد المغنيسيوم انعكاسًا أقل وقد يكون مثاليًا عند الحاجة إلى أقصى قدر من الإرسال. ومع ذلك، فإن فلوريد الكالسيوم يوفر مقاومة أفضل للرطوبة ويتمتع بثبات حراري أفضل في العديد من الظروف.

كلتا المادتين لها نقاط قوتها. ويتألق فلوريد المغنيسيوم بمعامل انكساره المنخفض. ويثبت فلوريد الكالسيوم مكانته من خلال توازنه العام في الإرسال والثبات والتشتت المنخفض.

فلوريد الكالسيوم مقابل سيلينيد الزنك

يختلف سيلينيد الزنك اختلافًا كبيرًا عن البلورات السابقة. فهو يعمل بشكل جيد في نطاق الأشعة تحت الحمراء. يبدأ انتقالها عادةً حوالي 0.6 ميكرومتر ويصل إلى 20 ميكرومتر. وهذا يجعلها مثالية للتصوير الحراري والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء. ومع ذلك، لا يناسب سيلينيد الزنك النطاق فوق البنفسجي. ويتمتع فلوريد الكالسيوم بنطاق تشغيل أوسع بكثير. وتعد قدرته على نقل الأشعة فوق البنفسجية ميزة مميزة عند الحاجة. وبالإضافة إلى ذلك، يوفر فلوريد الكالسيوم فلوريد الكالسيوم وضوحًا أعلى في تطبيقات دقيقة محددة.

عندما يحتاج النظام إلى العمل عبر الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء، غالبًا ما يكون فلوريد الكالسيوم هو الخيار الأفضل. أما سيلينيد الزنك فهو مخصص للمهام المتخصصة حيث يكون أداء الأشعة تحت الحمراء العميقة أمرًا بالغ الأهمية.

كيفية الاختيار

يعتمد اختيار أفضل مواد النوافذ الضوئية على عدة عوامل. أولاً، تحقق من متطلبات الطول الموجي. كل مادة لها نطاق إرسال محدد. بعد ذلك، ضع في اعتبارك البيئة. هل يتعرض المكون لضغط عالٍ أو درجات حرارة عالية أو درجات حرارة قصوى؟ قد يكون الياقوت أو السيليكا المنصهرة أفضل في الظروف القاسية. في البيئات النظيفة والمستقرة، يكون فلوريد الكالسيوم فعالاً للغاية.

فكّر أيضًا في القوة الميكانيكية واحتمالية حدوث خدوش. الياقوت هو أحد أصعب المواد المتاحة. وأخيرًا، فكّر في التكلفة وسهولة التصنيع. تأتي كل مادة مع سعرها الخاص وتحديات التصنيع. في كثير من الحالات، يؤدي التوازن بين الأداء البصري والمتانة إلى اتخاذ القرار النهائي.

الأسئلة المتداولة

س: ما هو نطاق الطول الموجي لفلوريد الكالسيوم؟
س: ينقل من حوالي 130 نانومتر في الأشعة فوق البنفسجية إلى حوالي 9 ميكرومتر في الأشعة تحت الحمراء.

س: لماذا يُفضَّل الياقوت الأزرق على فلوريد الكالسيوم؟
س: يتم اختيار الياقوت لمقاومته العالية للخدش ومتانته الميكانيكية.

و: ما المادة التي لها أقل معامل انكسار؟
س: فلوريد المغنيسيوم، الذي يبلغ مُعامِل انكساره التقريبي 1.38، له أقل قيمة.