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.
Укажите тип изделия, марку (ФЛ-У / ФЛ-И или рабочий диапазон), размеры и количество.
Что мы изготавливаем
| Изделие | Размеры | Особенности |
|---|---|---|
| Окна | круглые и прямоугольные, нестандартные размеры по чертежу | без AR-покрытия; входные и выходные окна вакуумных монохроматоров, смотровые окна вакуумных камер |
| Линзы | плосковыпуклые, двояковыпуклые, менисковые | УФ и ВУФ-диапазоны; крутые радиусы ограничены спайностью кристалла |
LiF коротко
- 105 нмграница пропускания марки ФЛ-У — самая глубокая среди оптических материалов
- ~40%пропускание на линии Lyman-α (121 нм)
- до 6 мкмИК-граница пропускания
- 0,27 г/100 грастворимость в воде при 20 °C
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, MgF₂ или 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 на 0,6 мкм | 1,392 | 1,379 | 1,434 |
| Потери на отражение на 0,6 мкм | 5,2% | 5,7% | 6,4% |
| Твёрдость (Кнуп) | 102 | 415 | 158 |
| Гигроскопичность | умеренная | нет | нет |
| Стойкость к влажности | низкая | высокая | очень высокая |
| Чувствительность к термоудару | высокая | средняя | средняя |
| Двулучепреломление | 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:
| Марка | Рабочий диапазон | Для чего |
|---|---|---|
| ФЛ-У — ультрафиолетовый | от 105 нм | вакуумная УФ-спектроскопия, рентгеновские монохроматоры, синхротронные линии, астрофизические приборы |
| ФЛ-И — инфракрасный | до 5 мкм | ИК-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 пропускания | 0,12–6 мкм |
| Показатель преломления | 1,392 на 0,6 мкм |
| Потери на отражение | 5,2% на 0,6 мкм (две поверхности) |
| Коэффициент поглощения | 5,9×10⁻³ см⁻¹ на 4,3 мкм при 300 К |
| Плотность | 2,639 г/см³ |
| Твёрдость | 102 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 = 0 | 1,3 мкм |
| Температура плавления | 848 °C |
| Теплопроводность | 4,01 Вт/(м·К) при 314 К |
| Тепловое расширение | 37×10⁻⁶ К⁻¹ при 283 К |
| Удельная теплоёмкость | 1562 Дж/(кг·К) |
| Диэлектрическая постоянная | 9 |
| Модуль Юнга (E) | 64,97 ГПа |
| Модуль сдвига (G) | 55,14 ГПа |
| Объёмный модуль (K) | 62,03 ГПа |
| Коэффициенты упругости | C11 = 112; C12 = 46; C44 = 63,5 |
| Кажущийся предел упругости | 11,2 МПа (1620 psi) |
| Коэффициент Пуассона | 0,326 (расчётный) |
| Растворимость | 0,27 г/100 г воды при 20 °C |
| Молекулярная масса | 25,94 |
| Класс / структура | кубическая ГЦК, NaCl, Fm3m, спайность (100) |
Показатель преломления LiF по длинам волн
| λ, мкм | n | λ, мкм | n | λ, мкм | n |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 | 1,4570 | 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 |
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.