Материалы>>LiF

LiF, Фторид Лития. Окна из LiF для УФ области спектра.

Алкор Текнолоджиз производит оптику из фторида лития LiF — окна, линзы и пластины для рентгеновских монохроматоров — по чертежам заказчика на собственном производстве в Санкт-Петербурге.

LiF — единственный промышленно доступный оптический материал, прозрачный в самом глубоком вакуумном ультрафиолете: граница его пропускания лежит ниже, чем у MgF₂, CaF₂ и кварца.

Выпускаем две марки: ФЛ-У (фторид лития ультрафиолетовый) и ФЛ-И (фторид лития инфракрасный). Хранение с силикагелем в комплекте. КП в течение 24 часов.

Отправить чертёжили позвоните: +7-812-363-12-40

Укажите тип изделия, марку (ФЛ-У / ФЛ-И или рабочий диапазон), размеры и количество.

Что мы изготавливаем

ИзделиеРазмерыОсобенности
Окнакруглые и прямоугольные, нестандартные размеры по чертежубез AR-покрытия; входные и выходные окна вакуумных монохроматоров, смотровые окна вакуумных камер
Линзыплосковыпуклые, двояковыпуклые, менисковыеУФ и ВУФ-диапазоны; крутые радиусы ограничены спайностью кристалла

LiF коротко

LiF гигроскопичен, хрупок и боится термоудара. Хранить детали нужно в полиэтиленовых пакетах с силикагелем, для ФЛ-У — в вакуумной упаковке или в инертном газе. Нагрев и охлаждение — только плавные, не быстрее 2 °C в минуту. Материал мягкий (102 по Кнупу) и легко раскалывается по плоскостям спайности. Подробнее — в разделе об особенностях работы.
LiF окно

Окна из фторида лития LiF.

Продукция из LiF

Оптические окна из LiF

Плоскопараллельные пластины из LiF — основной продукт для ВУФ-спектроскопии. Применяются как входные и выходные окна вакуумных монохроматоров, камер фотоионизации, установок ВУФ-фотоэлектронной спектроскопии. Также используются как смотровые окна вакуумных камер в диапазоне 105–6000 нм.

Производим круглые и прямоугольные окна LiF нестандартных размеров по чертежу. Стандартное исполнение без AR-покрытия — для ВУФ-диапазона нанесение покрытий крайне сложно и часто не требуется. Потери на отражение от двух поверхностей составляют около 5,2% при 0,6 мкм — приемлемо для большинства задач.

Запросить цену на LiF окна · Все оптические окна

Линзы из LiF

Плосковыпуклые, двояковыпуклые и менисковые линзы из LiF для коллимации и фокусировки в УФ и ВУФ-диапазонах. Изготовление оптических компонентов из LiF должно осуществляться с особой осторожностью, так как LiF расщепляется очень легко. Крутые радиусы поверхностей могут приводить к скалыванию при обработке — мы учитываем это ограничение при проектировании геометрии линзы.

Применяются в ВУФ-монохроматорах, синхротронных инструментах, лабораторных установках плазменной диагностики, атмосферных лидарах с регистрацией Lyman-α, ультрафиолетовых фотоионизационных детекторах (PID-детекторы газоанализаторов).

Запросить цену на LiF линзы · Все оптические линзы

Пластины для рентгеновских монохроматоров

Одно из важнейших применений LiF — дифракционная оптика для рентгеновских спектрометров. Монокристаллы, такие как фторид лития (LiF 200/220/440), являются идеальными анализаторами для излучения многих элементов в рентгенофлуоресцентных спектрометрах.

LiF используется в волнодисперсионных (WD) рентгеновских спектрометрах для разделения характеристических линий излучения различных элементов. Межплоскостное расстояние кристалла LiF (d200 = 2,014 Å, d220 = 1,424 Å) оптимально для анализа тяжёлых и средних элементов в диапазоне от кальция до урана.

Выращивание по методу Киропулоса обеспечивает требуемую кристаллографическую совершенность, необходимую для дифракционных монохроматоров. Изготавливаем пластины монохроматоров с заданной кристаллографической ориентацией по чертежу и ТЗ.

Запросить цену на пластины для монохроматоров

LiF как активная среда лазеров на центрах окраски

Облучение LiF ионизирующим излучением (рентгеновским, гамма, электронным пучком) создаёт в кристалле дефекты — центры окраски (ЦО), которые поглощают и излучают в определённых диапазонах. В большинстве оптических применений центры окраски — нежелательный эффект деградации. Но в специализированных лазерных системах они становятся активной средой. Монокристаллы LiF используются для изготовления высокоэффективных (КПД 80%) лазеров на центрах свободной окраски. Лазеры на LiF:F₂⁻-центрах — перестраиваемые в диапазоне около 850–1150 нм — применяются в научных установках для генерации перестраиваемого когерентного излучения в ближнем ИК.

LiF в оптике: почему 105 нм — это принципиально важно

Большинство оптических материалов перестают пропускать свет задолго до 200 нм. Кварц КУ-1 обрезается около 150 нм, CaF₂ — около 130 нм, MgF₂ — около 120 нм. Ниже 120 нм в арсенале оптика остаётся фактически только один вариант — фторид лития LiF.

Фторид лития обладает самым высоким пропусканием УФ-излучения среди всех материалов, он способен значительно пропускать в ВУФ-диапазоне на линии водорода Лайман-альфа (121 нм). Пропускание составляет около 40% при 121 нм — это один из самых популярных материалов для глубокого УФ-спектра.

Марка ФЛ-У обеспечивает пропускание до 105 нм — границы, ниже которой начинается рентгеновский диапазон. Это открывает LiF в следующих применениях, недоступных ни для одного другого стандартного материала:

Линия Лайман-альфа водорода (121,6 нм)

Поскольку излучение водорода в линии Лайман-альфа испытывает существенное поглощение в воздухе, наблюдения линии в лаборатории требуют применения вакуумных спектроскопических инструментов. LiF — стандартный материал для входных и выходных окон таких систем: вакуумных монохроматоров, астрофизических детекторов, плазменных диагностических установок.

Глубокая ВУФ-спектроскопия (105–160 нм)

Исследования электронной структуры веществ, фотоионизации и диссоциации молекул, вакуумно-ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия (VUV-PES) — все эти методы требуют оптики, прозрачной ниже 150 нм. LiF ФЛ-У — рабочий инструмент для этих задач.

Рентгеновские монохроматоры

Второй важнейший рынок для LiF — дифракционные монохроматоры. LiF используется для пластин рентгеновского монохроматора, где его размер решётки делает его наиболее полезным кристаллом для анализа.

LiF спектр пропускания

LiF: спектр пропускания.

LiF, MgF₂ или CaF₂: выбор материала для УФ-оптики

ПараметрLiFMgF₂CaF₂
Граница пропускания (ВУФ)105 нм120 нм130 нм
Диапазон пропускания0,105–6 мкм0,12–7 мкм0,13–9 мкм
Показатель преломления на 0,6 мкм1,3921,3791,434
Потери на отражение на 0,6 мкм5,2%5,7%6,4%
Твёрдость (Кнуп)102415158
Гигроскопичностьумереннаянетнет
Стойкость к влажностинизкаявысокаяочень высокая
Чувствительность к термоударувысокаясредняясредняя
Двулучепреломлениенетслабоенет

Когда выбирать LiF

  • Нужна граница пропускания ниже 120 нм — только LiF
  • Рентгеновские монохроматоры волнодисперсионных спектрометров (WDS/WDXRF)
  • Вакуумно-УФ-спектроскопия, наблюдения линии Лайман-альфа
  • Системы, работающие в полностью осушенной или вакуумной атмосфере, где гигроскопичность не проблема

Когда выбирать MgF₂

  • ВУФ-диапазон 120–200 нм при необходимости механической прочности и нечувствительности к влаге
  • Детекторы пламени, пирометры, промышленные применения без контроля влажности

Подробнее о MgF₂

Когда выбирать CaF₂

  • Диапазон 130 нм–9 мкм в условиях нормальной лабораторной влажности
  • Фемтосекундные лазерные системы (минимальная GVD)
  • Долговременная эксплуатация без специального хранения

Подробнее о CaF₂

Две марки LiF: ФЛ-У и ФЛ-И

Кристаллы LiF для оптических применений разделяются на две марки по спектральному качеству и чистоте:

МаркаРабочий диапазонДля чего
ФЛ-У — ультрафиолетовыйот 105 нмвакуумная УФ-спектроскопия, рентгеновские монохроматоры, синхротронные линии, астрофизические приборы
ФЛ-И — инфракрасныйдо 5 мкмИК-спектроскопия, лазерные применения среднего ИК, оптика для диапазона 2–5 мкм

ФЛ-У — фторид лития ультрафиолетовый

Высочайшая оптическая однородность и чистота, минимальное поглощение в ВУФ-диапазоне. Фторид лития марки ФЛ-У — непревзойдённый оптический материал по прозрачности в далёкой ультрафиолетовой части спектра, так как он прозрачен до 105 нм. Выращивается по методу Киропулоса для обеспечения наилучшей кристаллической структуры, критически важной для пластин монохроматоров. Применяется в вакуумной УФ-спектроскопии, рентгеновских монохроматорах, синхротронных линиях, астрофизических приборах.

ФЛ-И — фторид лития инфракрасный

Рабочий материал для задач, где ВУФ-прозрачность не требуется, но нужен рабочий диапазон до 5–6 мкм. Хороший материал для изделий, работающих в спектральном диапазоне до 5 мкм. Допускает более высокое содержание примесей, снижающих ВУФ-пропускание, но не влияющих на ИК-характеристики. Применяется в ИК-спектроскопии, лазерных применениях среднего ИК, оптике для систем, работающих в диапазоне 2–5 мкм.

Как выбрать: укажите в техническом задании рабочий диапазон и задачу — мы подберём оптимальную марку.

Применения фторида лития

Вакуумная ВУФ-спектроскопия — входные и выходные окна вакуумных спектрометров, фотоионизационных камер, установок спектроскопии высокого разрешения. LiF ФЛ-У — единственный материал, обеспечивающий приемлемое пропускание в этом диапазоне при разумной стоимости.

Астрофизические приборы и космические телескопы — детекторы Lyman-α излучения (121,6 нм) для наблюдений водородной короны планет, кометных хвостов, межзвёздного водорода. LiF-окна применялись и применяются в ряде космических обсерваторий.

Рентгеновские волнодисперсионные спектрометры (WDXRF) — пластины монохроматоров для анализа элементного состава в диапазоне от Ca до U. Размер решётки делает LiF наиболее полезным кристаллом для анализа в рентгеновских монохроматорах.

Синхротронное излучение — монохроматоры и оптические элементы на линиях синхротронного излучения в диапазоне мягкого рентгена и ВУФ. Функция отклика кристалла фторида лития в поле мягкого рентгеновского излучения исследовалась на установке PETRA III. Поток синхротронного излучения интенсивностью 10⁹ фотон/с и энергией фотона 500 эВ регистрировался кристаллом LiF.

ИК-спектроскопия (ФЛ-И, до 5 мкм) — окна и линзы для спектроскопических систем, работающих в диапазоне 2–5 мкм. Более экономичная альтернатива MgF₂ там, где вакуумный УФ не нужен.

PID-детекторы и фотоионизационные газоанализаторы — LiF-окна для детекторов УФ-фотоионизации, применяемых для анализа VOC (летучих органических соединений) и других газов с потенциалами ионизации ниже 11,8 эВ. LiF-окно обеспечивает пропускание излучения криптоновой лампы (10,6 эВ) и аргоновой лампы (11,7 эВ).

Особенности работы с LiF: что критически важно знать

Гигроскопичность — умеренная, но реальная

LiF растворим в воде: 0,27 г/100 г при 20 °C — значительно больше, чем у MgF₂ (0,0002 г/100 г) и CaF₂ (0,002 г/100 г). При повышенной влажности полированные поверхности постепенно мутнеют. Детали из фторида лития рекомендуется хранить в полиэтиленовых пакетах с силикагелем. В лабораториях с контролируемой влажностью (<40%) и при кратковременном контакте с воздухом деградация незначительна.

Центры окраски при облучении

При воздействии высокоэнергетического излучения (УФ-лазеры высокой плотности, рентгеновское, гамма-излучение) в LiF возникают центры окраски — дефекты кристаллической решётки, поглощающие в видимом и ближнем ИК-диапазонах. Это ведёт к снижению пропускания. В большинстве спектроскопических применений (непрерывный источник невысокой мощности) этот эффект пренебрежимо мал. Для высокомощных систем следует учитывать накопительную дозу.

Термочувствительность

LiF чувствителен к термоударам — резкие перепады температуры могут вызвать растрескивание. Нагрев и охлаждение — только плавные, ≤2 °C в минуту. Кристаллический LiF разрушается во влажной атмосфере при температуре 400 °C и размягчается при температуре 600 °C.

Хрупкость и спайность

LiF — мягкий материал (Кнуп 102) с ярко выраженными плоскостями спайности по (100). При обработке и эксплуатации требует аккуратного обращения: известно, что крутые радиусы приводят к поверхностному разрыву и, следовательно, повреждению изделия (см. раздел про линзы).

Вакуумное хранение

Для ФЛ-У класса (ВУФ-применения) рекомендуется хранение в вакуумной упаковке или в заполненной инертным газом среде — это предотвращает деградацию полированных поверхностей и максимально продлевает ресурс.

Свойства LiF

Спектр пропускания0,12–6 мкм
Показатель преломления1,392 на 0,6 мкм
Потери на отражение5,2% на 0,6 мкм (две поверхности)
Коэффициент поглощения5,9×10⁻³ см⁻¹ на 4,3 мкм при 300 К
Плотность2,639 г/см³
Твёрдость102 по Кнупу (индентор 600 г)
Все свойства
Пик остаточных лучей (Reststrahlen)25 мкм
dn/dT−16×10⁻⁶ на 1,15 мкм
Длина волны, где dn/dλ = 01,3 мкм
Температура плавления848 °C
Теплопроводность4,01 Вт/(м·К) при 314 К
Тепловое расширение37×10⁻⁶ К⁻¹ при 283 К
Удельная теплоёмкость1562 Дж/(кг·К)
Диэлектрическая постоянная9
Модуль Юнга (E)64,97 ГПа
Модуль сдвига (G)55,14 ГПа
Объёмный модуль (K)62,03 ГПа
Коэффициенты упругостиC11 = 112; C12 = 46; C44 = 63,5
Кажущийся предел упругости11,2 МПа (1620 psi)
Коэффициент Пуассона0,326 (расчётный)
Растворимость0,27 г/100 г воды при 20 °C
Молекулярная масса25,94
Класс / структуракубическая ГЦК, NaCl, Fm3m, спайность (100)
Показатель преломления LiF по длинам волн
λ, мкмnλ, мкмnλ, мкмn
0,1061,91300,1081,83300,1101,7770
0,1211,62400,1301,56900,1401,5300
0,1501,50300,1601,48400,1701,4690
0,1801,45700,1901,44550,2001,4391
0,2201,42910,2501,41890,2601,4164
0,2701,41410,2801,41210,2901,4103
0,3001,40870,3101,40730,3201,4060
0,3301,40480,3401,40370,3501,4028
0,3601,40190,4001,39890,5001,3943
0,6001,39180,7001,39020,8001,3890
0,9001,38801,0001,38711,5001,3832
2,0001,37882,5001,373273,0001,3666
3,5001,35874,0001,34944,5001,3388
5,0001,32665,1001,32405,2001,3213
5,3001,31865,4001,31585,5001,3129
5,6001,30995,7001,30695,8001,3038
5,9001,30076,0001,2975

Заказать оптику из LiF по чертежу

Пришлите техническое задание на sales@alkor.net: тип изделия, марка LiF (ФЛ-У / ФЛ-И, или укажите рабочий диапазон), размеры, количество. КП в течение 24 часов.