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 с пропусканием вплоть до 105 нм: это самая глубокая граница среди всех стандартных оптических материалов, включая MgF₂, CaF₂ и кварц. Выпускаем две марки: ФЛ-У (фторид лития ультрафиолетовый, до 105 нм) и ФЛ-И (фторид лития инфракрасный, рабочий диапазон до 5 мкм). Хранение с силикагелем в комплекте. КП в течение 24 часов.
Детали из фторида лития рекомендуется хранить в полиэтиленовых пакетах с силикагелем.
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 vs MgF₂ vs CaF₂: выбор материала для УФ оптики
| Параметр | LiF | MgF₂ | CaF₂ |
|---|---|---|---|
| Граница пропускания (ВУФ) | 105 нм | 120 нм | 130 нм |
| Диапазон пропускания | 0.105 – 6 мкм | 0.12 – 7 мкм | 0.13 – 9 мкм |
| Показатель преломления @ 0.6 мкм | 1.392 | 1.379 | 1.434 |
| Потери на отражение @ 0.6 мкм | 5.2% | 5.7% | 6.4% |
| Твёрдость (Кнуп) | 102 | 415 | 158 |
| Гигро |
умеренная | нет | нет |
| Стойкость к влажности | низкая | высокая | очень высокая |
| Чувстви |
высокая | средняя | средняя |
| Двулуче |
нет | слабое | нет |
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
Когда выбирать CaF₂: — Диапазон 130 нм–9 мкм в условиях нормальной лабораторной влажности — Фемтосекундные лазерные системы (минимальная GVD) — Долговременная эксплуатация без специального хранения
Две марки LiF: ФЛ-У и ФЛ-И
Кристаллы LiF для оптических применений разделяются на две марки по спектральному качеству и чистоте:
ФЛ-У (фторид лития ультрафиолетовый) — высочайшая оптическая однородность и чистота, минимальное поглощение в ВУФ-диапазоне. Фторид лития марки ФЛ-У является непревзойдённым оптическим материалом по прозрачности в далёкой ультрафиолетовой части спектра, так как он прозрачен до 105 нм. Выращивается по методу Кирополуса 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. Фтористый литий марки ФЛ-И является хорошим материалом 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. 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.
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).
Пластины для рентгеновских монохроматоров
Одно из важнейших применений LiF — дифракционная оптика для рентгеновских спектрометров. Монокристаллы, такие как фторид лития (LiF200/220/440), 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.
Монокристаллы фторида лития используются для рентгеновских монохроматоров и для изготовления высокоэффективных (КПД 80%) лазеров на центрах свободной окраски.
Выращивание по методу Кирополуса обеспечивает требуемую кристаллографическую совершенность, необходимую для дифракционных монохроматоров. Изготавливаем пластины монохроматоров с заданной кристаллографической ориентацией по чертежу и ТЗ.
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.
Применения фторида лития
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. Его 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/c 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).
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. Изготовление оптических компонентов из LiF должно осуществляться с особой осторожностью, так как LiF расщепляется очень легко. Известно, что крутые радиусы приводят к поверхностному разрыву и, следовательно, повреждению изделия.
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.
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.
Особенности работы с LiF: что критически важно знать
Заказать оптику из LiF по чертежу
LiF основные свойства
Спектр пропускания :
0.12 - 6 мкм
Показатель преломления :
1.392 на 0.6 мкм (1)
Потери на отражение :
5.2% at 0.6 мкм (2 Surfaces)
Коэффициент поглощения :
5.9 x 10-3 cm-1 at 4.3мкм @ 300K (5)
Reststrahlen Peak :
25мкм
dn/dT :
-16 x 10-6 at 1.15 ?m
dn/d? = 0 :
1.3 мкм
Плотность
2.639 g/cc
Температура плавления :
848 °C (6)
Теплопроводность :
4.01 W m-1 K-1 at 314 K (2)
Тепловое расширение :
37 x 10-6 K-1 at 283 K (2)
Твердость :
Knoop 102 with 600g indenter (2)
Удельная теплоемкость :
1562 J Kg-1 K-1
Диэлектрическая постоянная :
0.1
Модуль Юнга (E) :
64.97 GPa (2)
Модуль сдвига (G) :
55.14 GPa (2)
Модуль упругости (K) :
62.03 GPa (2)
Elastic Coefficients :
C11=112; C12=46; C44=63.5 (3)
Apparent Elastic Limit :
11.2 MPa (1620 psi) (4)
Коэффициент Пуассона :
0.326 (calculated)
Растворимость :
0.27g / 100g water at 20 °C
Molecular Weight :
25.94
Class/Structure :
Cubic FCC, NaCl, Fm3m, (100) cleavage
LiF показатель преломления
µm
No
µm
No
µm
No
0.106
1.9130
0.108
1.8330
0.110
1.7770
0.121
1.6240
0.130
1.5690
0.140
1.5300
0.150
1.5030
0.160
1.4840
0.170
1.4690
0.180
1.4850
0.190
1.4455
0.200
1.4391
0.220
1.4291
0.250
1.4189
0.260
1.4164
0.270
1.4141
0.280
1.4121
0.290
1.4103
0.300
1.4087
0.310
1.4073
0.320
1.4060
0.330
1.4048
0.340
1.4037
0.350
1.4028
0.360
1.4019
0.400
1.3989
0.500
1.3943
0.600
1.3918
0.700
1.3902
0.800
1.3890
0.900
1.3880
1.000
1.3871
1.500
1.3832
2.000
1.3788
2.500
1.37327
3.000
1.3666
3.500
1.3587
4.000
1.3494
4.500
1.3388
5.000
1.3266
5.100
1.3240
5.200
1.3213
5.300
1.3186
5.400
1.3158
5.500
1.3129
5.600
1.3099
5.700
1.3069
5.800
1.3038
5.900
1.3007
6.000
1.2975