Ausfälle bei Quarz- und Kristallglas in Wärmebild und Nachtsicht folgen meist einer kleinen Zahl von Mustern, und jedes Muster hat eine Signatur. Dieser Artikel geht die häufigen Ausfallarten durch, zeigt, wie man sie mit Messungen statt mit Vermutungen unterscheidet, und beschreibt die Prozess- oder Konstruktionsänderungen, die die Ursache wirklich beseitigen.
Optisches Quarz- und Kristallglas in Wärmebild und Nachtsicht
In Wärmebild und Nachtsicht bedeutet das eine konkrete Anforderungsliste und nicht eine allgemeine Vorliebe für Qualität. Systeme im langwelligen Infrarot arbeiten in einem Band, in dem gewöhnliches Glas undurchsichtig ist, was Designs zu Germanium, Silizium, Saphir, Zinkselenid und Chalkogenidmaterialien treibt. Diese Substrate verhalten sich ganz anders als Glas für sichtbares Licht: Manche sind weich, manche temperaturempfindlich, und sie erfordern Diamantdrehen oder spezialisiertes Polieren statt konventioneller Feinbearbeitung.
Prüfung und Messtechnik
Die Prüfung von Quarzteilen geht über die üblichen Oberflächenqualitätskontrollen hinaus. Die Transmission sollte über das interessierende Band gemessen werden, einschließlich des tiefen UV, wo ein gewöhnliches Spektrophotometer möglicherweise nicht hinreicht. Homogenität und Doppelbrechung werden interferometrisch oder mit einem Polariskop geprüft, und Einschlüsse werden gegen eine Blasenklasse bewertet. Für Laseroptik gibt eine Prüfung der laserinduzierten Zerstörschwelle an einem Belegmuster aus derselben Charge weit mehr Sicherheit als ein Zertifikat allein. Maßprüfungen folgen der Zeichnung, mit besonderem Augenmerk auf die TTV von Wafern. In Wärmebild und Nachtsicht ist ein bezeugter Zerstörungstest oft der einzige Weg, einen Werkstoffwechsel gegenüber einem internen Kunden zu rechtfertigen, weil der Leistungsunterschied zwischen zwei Quarzsorten in keiner anderen Messung sichtbar sein muss.
Aspekte zu Beschichtung und Abscheidung
Quarz zu beschichten heißt, Spannung und Sauberkeit zu beherrschen. Seine geringe Ausdehnung bedeutet, dass das Substrat die Spannung eines dichten Oxidstapels nicht abbaut, sodass eine Beschichtung dünne Teile sichtbar durchbiegen kann; manchmal ist ein ausgewogenes Design mit einer spannungskompensierenden Schicht auf der Rückseite nötig. Quarz zieht Verunreinigungen anders an und hält sie anders fest als weiches Glas, die Vorreinigung dauert daher länger und enthält üblicherweise einen UV-Ozon- oder Plasmaschritt. Bei Laserteilen dominieren Beschichtungsabsorption und Zerstörschwelle die Spezifikation, und die Beschichtung muss bei der Betriebswellenlänge und Pulsdauer bewertet werden, nicht bei einem bequemen Breitbandmittel. In Wärmebild und Nachtsicht ist die Kombination aus harter, absorptionsarmer Beschichtung und gefaster, feingeläppter Kante das, was ein Quarzfenster sowohl den optischen Fluss als auch den Temperaturzyklus überstehen lässt.
Konstruktionsregeln, die Kosten senken
Mit Quarz zu konstruieren heißt, seine Eigenschaften zu nutzen, ohne sie zweimal zu bezahlen. Setzen Sie es dort ein, wo UV-Transmission, geringe Ausdehnung oder hohe Zerstörschwelle wirklich gefordert sind, und verwenden Sie ansonsten gewöhnliches optisches Glas; eine Hybridbaugruppe aus einem Quarzfenster und einem Borosilikat-Haltering muss die Ausdehnungsfehlanpassung berücksichtigen, die erheblich ist, obwohl Quarz selbst sich sehr wenig bewegt. Halten Sie Kanten gefast und spannen Sie nicht direkt auf einer optischen Fläche. Spezifizieren Sie nicht gleichzeitig ein sehr dünnes Bauteil und eine sehr enge Ebenheit, wenn die Montage das nicht stützt. Für Polarisationsarbeit geben Sie die Achsenorientierung auf der Zeichnung an. In Wärmebild und Nachtsicht entfernt ein kurzer Design-Review vor dem ersten Schnitt meist eine der engen Toleranzen vollständig, und das ist die billigste mögliche Neukonstruktion.
Typische Ausfallarten und wie sie sich zeigen
Quarzausfälle sind eher optisch oder thermisch als mechanisch. Solarisation, ein allmählicher Verlust der UV-Transmission bei längerer Belastung, tritt in manchen Sorten auf und wird durch die Wahl von Material mit hohem OH-Gehalt vermieden. Devitrifikation, die Umwandlung der amorphen Oberfläche in kristalline Form bei hoher Temperatur in Anwesenheit von Verunreinigungen, erzeugt eine dauerhaft trübe Oberfläche und wird meist durch Alkali- oder Metallverunreinigung beim Umgang oder Brennen verursacht. Thermische Spannungsrisse entstehen dort, wo ein Bauteil eingespannt ist oder ein nicht berücksichtigter Gradient vorliegt. Beschichtungsabsorption verursacht Schadstellen im Lasereinsatz. In Wärmebild und Nachtsicht sollte ein bei hoher Temperatur auftretender Ausfall immer eine Überprüfung auslösen, was das Bauteil berührt hat – Handschuhe, Markierstifte und Verpackung sind häufige Quellen der Verunreinigung, die Devitrifikation auslöst.
Anforderungen speziell für Wärmebild und Nachtsicht
In Wärmebild und Nachtsicht bedeutet das eine konkrete Anforderungsliste und nicht eine allgemeine Vorliebe für Qualität. Systeme im langwelligen Infrarot arbeiten in einem Band, in dem gewöhnliches Glas undurchsichtig ist, was Designs zu Germanium, Silizium, Saphir, Zinkselenid und Chalkogenidmaterialien treibt. Diese Substrate verhalten sich ganz anders als Glas für sichtbares Licht: Manche sind weich, manche temperaturempfindlich, und sie erfordern Diamantdrehen oder spezialisiertes Polieren statt konventioneller Feinbearbeitung.
- Transmission über 8 - 14 Mikrometer
- Geringe thermische Fokusverschiebung über den Betriebsbereich
- Hartkohlenstoff- oder DLC-Beschichtung für die Dauerhaftigkeit
- Athermalisierte Fassung für Germaniumelemente
MIL-Spezifikationen für IR-Beschichtungen und Oberflächenqualität, für IR-Werkstoffe angepasste Zeichnungen nach ISO 10110 sowie verteidigungsbezogene Qualifizierungsprotokolle.
Auswahldaten auf einen Blick
| Parameter | Typischer Wert | Hinweise |
|---|---|---|
| Transmissionsband | 185 - 2500 nm (Quarzglas) | Tiefes UV bis nahes IR |
| Brechungsindex | 1.458 (Quarzglas) | Niedrig und sehr gleichmäßig |
| CTE | 0.55 × 10⁻⁶ /K | Thermoschockbeständig |
| OH-Gehalt | < 10 ppm niedrig-OH, > 200 ppm hoch-OH | Ausgewählt nach UV- oder IR-Einsatz |
| Doppelbrechung | < 5 nm/cm (geschmolzen) | Kristalliner Quarz ist von Natur aus anisotrop |
| Ebenheit | λ/4 bis λ/10 | Quarzwafer bis λ/20 |
| Kratzer-Grübchen | 40-20 Standard, 20-10 Präzision | ISO 10110-7 |
| Dickenbereich | 0.1 - 30 mm | Wafer ab 0.1 mm |
| Kantenbearbeitung | geschliffen, gefast oder feingeläppt | Ausbrüche ≤ 0.05 mm |
Häufig gestellte Fragen
Kann Quarz für Laseranwendungen beschichtet werden?
Ja, und die Beschichtung ist meist wichtiger als das Substrat. Die Zerstörschwelle wird bei Betriebswellenlänge und Pulsdauer spezifiziert und an Belegmustern aus derselben Materialcharge verifiziert.
Wie eben lässt sich ein Quarzfenster fertigen?
Lambda/4 bis λ/10 bei 633 nm sind Routine, und Quarzwafer lassen sich auf λ/20 polieren. Weil Quarz steif und ausdehnungsarm ist, bleibt die Form stabil, aber es muss spezifiziert werden, ob die Ebenheit freitragend oder montiert gefordert ist.
Liefern Sie auch Quarzwafer und nicht nur Fenster?
Ja, ab 0.1 mm aufwärts, mit kontrollierter Gesamtdickenabweichung und Verzug für die Vakuumspanner-Prozessierung und mit Kantenprofilen, die für automatisierte Handhabungsgeräte gewählt sind.
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