Отказы кварц и кристаллическое стекло при работе в съёмочные полезные нагрузки для дронов и БПЛА обычно укладываются в небольшое число закономерностей, и у каждой есть характерный признак. В этой статье разобраны типичные виды отказов, способы отличить их друг от друга с помощью измерений, а не догадок, и те изменения процесса или конструкции, которые действительно устраняют первопричину.
Оптический кварц и кристаллическое стекло в Съёмочные полезные нагрузки для дронов и БПЛА
Для съёмочные полезные нагрузки для дронов и БПЛА это означает конкретный набор требований, а не общее предпочтение качества. Воздушные съёмочные полезные нагрузки при каждом проектном решении обменивают вес на долговечность. Окно камеры на подвесе должно быть достаточно лёгким, чтобы не влиять на время полёта, достаточно плоским, чтобы не искажать длиннофокусный объектив, и достаточно прочным, чтобы пережить посадку и пыль. Мультиспектральные сельскохозяйственные нагрузки добавляют сложность нескольких узких полос в одной небольшой сборке.
Правила проектирования, снижающие стоимость
Проектировать с кварцем — значит использовать его свойства, не платя за них дважды. Применяйте его там, где действительно нужны пропускание в УФ, низкое расширение или высокий порог повреждения, а в остальных местах используйте обычное оптическое стекло; гибридная сборка с кварцевым окном и боросиликатным крепёжным кольцом должна учитывать рассогласование расширений, которое значительно, даже если сам кварц смещается очень мало. Держите кромки с фаской и не зажимайте деталь прямо за оптическую поверхность. Избегайте одновременного задания очень тонкой детали и очень жёсткой плоскостности, если крепление этого не обеспечит. Для поляризационной работы укажите на чертеже ориентацию оси. В Съёмочные полезные нагрузки для дронов и БПЛА короткий разбор конструкции до первого реза обычно полностью снимает один из жёстких допусков, а это самое дешёвое из возможных перепроектирований.
Типичные виды отказов и их проявления
Отказы кварца обычно оптические или термические, а не механические. Солнеризация, постепенная потеря пропускания в УФ при длительном облучении, возникает в некоторых марках и предотвращается выбором материала с высоким содержанием OH. Девитрификация, превращение аморфной поверхности в кристаллическую при высокой температуре в присутствии загрязнений, даёт необратимо мутную поверхность и обычно вызвана загрязнением щелочами или металлами при обращении или прогреве. Трещины от термических напряжений появляются там, где деталь зажата или где есть неучтённый градиент. Поглощение покрытия вызывает пятна повреждения в лазерной работе. В Съёмочные полезные нагрузки для дронов и БПЛА отказ, проявившийся при высокой температуре, всегда должен вызывать пересмотр того, что касалось детали: перчатки, маркеры и упаковка — все это частые источники загрязнения, запускающего девитрификацию.
Контроль и измерения
Контроль кварцевых деталей выходит за рамки обычных проверок качества поверхности. Пропускание следует измерять в интересующей полосе, включая глубокий УФ, куда обычный спектрофотометр может не дотянуться. Однородность и двулучепреломление проверяют интерферометрически или полярископом, а включения оценивают по классу пузырей. Для лазерной оптики испытание порога лазерного повреждения на контрольном образце из той же партии даёт куда больше уверенности, чем один сертификат. Размеры проверяют по чертежу с особым вниманием к отклонению толщины пластин. В Съёмочные полезные нагрузки для дронов и БПЛА аттестованное испытание на повреждение часто оказывается единственным способом обосновать смену материала перед внутренним заказчиком, потому что разница в характеристиках между двумя марками кварца может не проявиться ни в одном другом измерении.
Особенности покрытия и осаждения
Нанесение покрытия на кварц означает работу с напряжениями и чистотой. Его низкое расширение означает, что подложка не снимет напряжения, которые вносит плотный оксидный стек, поэтому на тонких деталях покрытие может заметно выгнуть окно; иногда требуется уравновешенная конструкция со слоем, компенсирующим напряжения, на обратной стороне. Кварц притягивает и удерживает загрязнения иначе, чем мягкое стекло, поэтому очистка перед нанесением покрытия длиннее и обычно включает обработку УФ-озоном или в плазме. Для лазерных деталей спецификацию определяют поглощение покрытия и порог повреждения, и покрытие нужно оценивать на рабочей длине волны и длительности импульса, а не по удобному широкополосному среднему. В Съёмочные полезные нагрузки для дронов и БПЛА именно сочетание твёрдого покрытия с низким поглощением и кромки с фаской и тонкой доводкой позволяет кварцевому окну пережить и оптический поток, и термический цикл.
Требования, специфичные для Съёмочные полезные нагрузки для дронов и БПЛА
Для съёмочные полезные нагрузки для дронов и БПЛА это означает конкретный набор требований, а не общее предпочтение качества. Воздушные съёмочные полезные нагрузки при каждом проектном решении обменивают вес на долговечность. Окно камеры на подвесе должно быть достаточно лёгким, чтобы не влиять на время полёта, достаточно плоским, чтобы не искажать длиннофокусный объектив, и достаточно прочным, чтобы пережить посадку и пыль. Мультиспектральные сельскохозяйственные нагрузки добавляют сложность нескольких узких полос в одной небольшой сборке.
- Малый вес при тонких подложках
- Плоскостность и малый клин для больших фокусных расстояний
- Точность мультиспектральных полос там, где требуется
- Стойкость к пыли, соли и влажности
Документация по лётной годности для коммерческой эксплуатации, чертежи по ISO 10110, плюс декларации RoHS и REACH.
Данные для выбора одним взглядом
| Параметр | Типичное значение | Примечания |
|---|---|---|
| Полоса пропускания | 185 - 2500 nm (плавленый кварц) | От глубокого УФ до ближнего ИК |
| Показатель преломления | 1.458 (плавленый кварц) | Низкий и высокооднородный |
| CTE | 0.55 × 10⁻⁶ /K | Стойкость к термоудару |
| Содержание OH | < 10 ppm низкое OH, > 200 ppm высокое OH | Выбирается по применению в УФ или ИК |
| Двулучепреломление | < 5 nm/cm (плавленый) | Кристаллический кварц по природе анизотропен |
| Плоскостность | от λ/4 до λ/10 | Кварцевые пластины до λ/20 |
| Скретч-диг | 40-20 стандарт, 20-10 прецизионный | ISO 10110-7 |
| Диапазон толщин | 0.1 - 30 mm | Пластины от 0.1 mm |
| Обработка кромки | Шлифованная, с фаской или тонко доведённая | Сколы ≤ 0.05 mm |
Часто задаваемые вопросы
В чём разница между плавленым кварцем с низким и высоким содержанием OH?
Материал с низким содержанием OH имеет минимум гидроксильных групп и пропускает дальше в инфракрасную область. Материал с высоким содержанием OH содержит несколько сотен частей на миллион гидроксильных групп, что улучшает пропускание в глубоком УФ и стойкость к солнеризации.
Почему моё кварцевое окно помутнело при высокой температуре?
Это девитрификация, и её почти всегда вызывают загрязнения — следы щелочей или металлов от обращения, маркировки или упаковки, — а не сам материал. Задавайте обращение без загрязнений для деталей, предназначенных для работы при высокой температуре.
Можно ли наносить покрытие на кварц для лазерных применений?
Да, и покрытие обычно важнее подложки. Порог повреждения задают на рабочей длине волны и длительности импульса и подтверждают на контрольных образцах из той же партии материала.
Нужно коммерческое предложение на оптический кварц и кристаллическое стекло?
Пришлите чертёж, целевую спецификацию или требования к покрытию — оптический инженер ответит в течение 24 часов, указав цену и срок поставки.
Запросить предложение Написать инженеру