ZnSe оптика: линзы, окна и ATR-призмы из CVD селенида цинка

Алкор Текнолоджиз производит ZnSe линзы, ZnSe окна, ATR/МНПВО призмы и светоделители из CVD-ZnSe по чертежам заказчика на собственном производстве в Санкт-Петербурге. Спектральный диапазон CVD-ZnSe — 0.6–14 мкм — делает его незаменимым материалом для оптики CO₂-лазеров, тепловизионных систем, ИК-спектрометров и газоанализаторов. AR-покрытие на 10.6 мкм, 8–12 мкм, 2–13 мкм и другие диапазоны. Стандартные и нестандартные размеры, от 1 штуки. КП в течение 24 часов.

Присылайте чертежи или спецификацию по электронной почте technologies@alkor.net с указанием количества деталей. Наши специалисты помогут подобрать оптимальное решение для вашей задачи.

CVD-ZnSe: почему этот материал выбирают для ИК-оптики

Селенид цинка (ZnSe) — поликристаллический материал, выращиваемый методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Материал характеризуется однородной структурой, высоким пропусканием в ИК-области и низкими внутренними потерями, связанными с поглощением и рассеянием. Именно эти свойства делают CVD-ZnSe стандартным материалом для оптики CO₂-лазеров.

Три ключевых преимущества, которые определяют выбор ZnSe перед конкурирующими ИК-материалами:

Наименьшее поглощение на 10.6 мкм среди ИК-материалов. Коэффициент поглощения ZnSe на длине волны CO₂-лазера (10.6 мкм) составляет 0.0005 см⁻¹ — это наименьшее значение среди всех распространённых ИК-прозрачных материалов. Меньше поглощение — меньше нагрев оптики под лазерной нагрузкой — дольше ресурс и стабильнее качество реза.

Термостабильность выше, чем у германия. При 100 °C оптический германий полностью теряет прозрачность, а в ZnSe при этой температуре не наблюдается заметного поглощения. Это принципиально важно при работе с мощными CO₂-лазерами, где оптика испытывает значительный тепловой нагрев.

Возможность юстировки по видимому излучению. ZnSe прозрачен в видимом диапазоне (от 0.6 мкм) — оптика имеет характерный жёлто-оранжевый цвет. Следствием оптической прозрачности в видимом диапазоне является возможность юстировки оптики по красному лазеру. Это существенно упрощает настройку оптических систем по сравнению с германием, который в видимом диапазоне непрозрачен.

ZnSe окна и защитные стёкла

Защитное стекло устанавливается перед фокусирующей линзой и защищает её от брызг расплавленного металла, продуктов горения и загрязнений. Это расходный материал: стекло можно заменить быстро и дёшево, тогда как замена линзы существенно дороже. Изготавливаем защитные стёкла из ZnSe с AR-покрытием на 10.6 мкм в стандартных и нестандартных размерах: круглые, прямоугольные, шестигранные — под ваш тип лазерной головки.

ZnSe окна для ИК-спектрометров и кювет

ZnSe — стандартный материал для окон кювет в ИК-спектрометрии. Диапазон пропускания 0.6–14 мкм входит в рабочий диапазон большинства FTIR-спектрометров. Производим все стандартные типоразмеры окон кювет для спектрометров: ThermoFisher Scientific, Agilent, PerkinElmer, Pike, Shimadzu и других. Самые востребованные размеры: ZnSe 32×3 мм (с отверстиями и без), ZnSe 13×2 мм. Изготавливаем любые нестандартные размеры по чертежу или образцу.

ZnSe линзы для CO₂-лазеров

Фокусирующая линза — ключевой расходный элемент лазерного станка. Она принимает излучение от лазерной трубки, сжимает его до точки и направляет на обрабатываемую поверхность. Качество линзы напрямую определяет качество реза и срок службы оборудования.

Плосковыпуклые линзы — традиционный тип для лазерных станков. Плоская поверхность направлена к источнику излучения, выпуклая — к материалу. Доступны в широком диапазоне диаметров и фокусных расстояний.

Менисковые линзы (выпукло-вогнутые) — оптимизированы для уменьшения сферической аберрации при больших диаметрах и высокой плотности мощности. Для приложений, требующих больших размеров луча и плотности мощности, менисковые линзы из ZnSe более идеальны с точки зрения более низких сферических аберраций.

ATR/МНПВО призмы из ZnSe

ATR (Attenuated Total Reflectance, НПВО — нарушенное полное внутреннее отражение) — метод ИК-спектроскопии, при котором луч не проходит сквозь образец, а эванесцентная волна проникает в него на несколько микрометров при каждом внутреннем отражении. Это позволяет анализировать непрозрачные, вязкие и порошкообразные образцы без пробоподготовки.

ZnSe — наиболее популярный материал для ATR-кристаллов в FTIR-приставках. ZnSe подходит для общего применения, идеален для анализа порошкообразных, пастообразных, твёрдых и жидких образцов. Высокий показатель преломления (n ≈ 2.4 на 10.6 мкм) обеспечивает эффективное внутреннее отражение и глубокое проникновение эванесцентной волны в образец.

ATR-элементы выпускаются различных геометрических форм: трапеции (трапециевидные призмы), параллелограммы, стержни и полусферы. Для МНПВО-схем (многократного нарушенного полного внутреннего отражения) применяются трапециевидные призмы — луч входит через торец под углом Брюстера, многократно отражается от рабочей поверхности и выходит через противоположный торец. Количество отражений от 4 до 45 в зависимости от геометрии.

ATR призмы

ZnSe светоделители для FTIR-спектрометров

ZnSe-светоделители применяются в FTIR-спектрометрах, работающих в диапазоне 2–22 мкм. Широкополосные ZnSe-светоделители — стандартный компонент большинства FTIR-систем среднего ИК-диапазона. Изготавливаем как стандартные светоделители для замены в серийных спектрометрах, так и специальные под нестандартные оптические схемы.

Покрытия для ZnSe оптики

Непокрытый ZnSe с показателем преломления ~2.4 теряет около 29% излучения на отражение с двух поверхностей на длине волны 10.6 мкм. AR-покрытие снижает суммарные потери до 1–2% и существенно повышает эффективность лазерной системы.

Мы наносим следующие типы AR-покрытий на ZnSe:

Покрытие	Диапазон	Применение
AR @ 10.6 мкм	узкополосное	CO₂-лазеры, оптимальное для 10.6 мкм
AR @ 8–12 мкм	широкополосное	тепловизоры LWIR, термография
AR @ 2–13 мкм	широкополосное	FTIR-спектрометры, широкополосные системы
AR @ 3–5 мкм	MWIR	тепловизоры, газовые сенсоры

Важно: при выборе покрытия для ZnSe с покрытием не рекомендуется эксплуатация при температуре выше 150 °C; без покрытия — не выше 250 °C.

Области применения ZnSe оптики

CO₂-лазерные станки резки и гравировки — ZnSe линзы и защитные стёкла. Стандартный выбор для газовых лазеров мощностью от 20 Вт до 2 кВт. Линзы 1.5–4 дюйма, диаметры 12–25 мм. Расходные компоненты под любой тип лазерной головки.

FTIR-спектроскопия — окна кювет, ATR/МНПВО призмы, светоделители. Замена израсходованных или повреждённых кристаллов для приставок Bruker, ThermoFisher, Pike, PerkinElmer. Нестандартные элементы под специальные задачи.

Тепловизоры и FLIR-системы (LWIR) — окна и линзы с AR-покрытием 8–12 мкм. ZnSe обеспечивает более широкий рабочий диапазон, чем германий, сохраняя прозрачность при повышенных температурах.

Газоанализаторы и ИК-сенсоры — окна из ZnSe с AR-покрытием в диапазонах характеристических полос поглощения CO₂, CH₄, CO, углеводородов. ZnSe применяется там, где требуется широкий ИК-диапазон при одновременной устойчивости к умеренным температурам.

Пирометры и системы бесконтактного контроля температуры — линзы и окна для работы в диапазоне 3–5 мкм и 8–14 мкм. ZnSe предпочтительнее Ge при повышенных рабочих температурах.

Особенности работы с ZnSe оптикой

ZnSe — относительно мягкий материал (твёрдость по Кнупу 120 кг/мм²). Для сохранения ресурса оптики необходимо соблюдать несколько правил:

Обращение: не касаться полированных поверхностей пальцами — жировые следы снижают пропускание и могут вызвать локальный перегрев под лазером. Использовать перчатки или резиновые напальчники при установке и замене.

Очистка: протирать изопропанолом или ацетоном с чистой хлопковой или бязевой тканью — строго в одном направлении, без кругового движения. Никакого абразивного воздействия.

Установка в головку: затягивать фиксирующее кольцо аккуратно — избыточное усилие вызывает механические напряжения и растрескивание.

Своевременная замена: не эксплуатировать загрязнённую или повреждённую линзу — нагрев загрязнений под воздействием лазера разрушает AR-покрытие и саму подложку. При потемнении или появлении пятен — немедленная замена.

Заказать ZnSe оптику по чертежу или образцу

Пришлите чертёж или техническое задание на sales@alkor.net: укажите форму и размеры, тип покрытия (или рабочую длину волны) и количество. Специалисты подберут оптимальную подложку и покрытие.

Телефон +7 812 363 12 40

Электронная почта sales@alkor.net

ZnSe спектр пропускания

Селенид цинка ZnSe спектр пропускания.

Просветляющее покрытие на ZnSe

Просветляющее покрытие на ZnSe AR/AR @ 2-13мкм

Физические и химические свойства ZnSe

Плотность @ 300 K, г/см³	5.27
Температура плавления, K	1798
Теплопроводность @ 298 K , Дж/( K x м x с)	18.0
Коэффициент теплового расширения, 1/K	@ 273 K - 7.1 x 10^-6 @ 373 K - 7.8 x 10^-6 @ 473 K - 8.3 x 10^-6
Теплоемкость @ 298 K, Дж/(г x K)	0.339
Твердость	Кнуп (индентор 50 г), кг/мм² - 120 Викерс (индентор 1 кг), кг/мм² - 112
Модуль Юнга (E), ГПа	67.2
Модуль объемной деформации (K), ГПа	40
Предел упругости, МПа	55.1
Коэффициент Пуассона	0.28
Растворимость	Нерастворим в воде Растворим в кислотах
Удельное сопротивление, Ом х см	10¹²

Оптические свойства ZnSe

Термо-оптический коэффициент, (dn/dT)@10.6 микрон @298-358 K, 1/K	6.1 x 10^-5
Нижняя граница остаточного отражения, микроны	45.7
Потери за счет отражения @ 10.6 микрон (от 2-х поверхностей), %	29.1
Неоднородность показателя преломления (dn/n)@0.633 микрон, не более	3 x 10^-5

Показатель преломления ZnSe

мкм	No	мкм	No	мкм	No
0.54	2.6754	0.58	2.6312	0.62	2.5994
0.66	2.5755	0.7	2.5568	0.74	2.5418
0.78	2.5295	0.82	2.5193	0.86	2.5107
0.90	2.5034	0.94	2.4971	0.98	2.4916
1.0	2.4892	1.4	2.4609	1.8	2.4496
2.2	2.4437	2.6	2.4401	3.0	2.4376
3.4	2.4356	3.8	2.4339	4.2	2.4324
4.6	2.4309	5.0	2.4295	5.4	2.4281
5.8	2.4266	6.2	2.4251	6.6	2.4235
7.0	2.4218	7.4	2.4201	7.8	2.4183
8.2	2.4163	8.6	2.4143	9.0	2.4122
9.4	2.4100	9.8	2.4077	10.2	2.4053
10.6	2.4028	11.0	2.4001	11.4	2.3974
11.8	2.3945	12.2	2.3915	12.6	2.3883
13.0	2.3850	13.4	2.3816	13.8	2.3781
14.2	2.3744	14.6	2.3705	15.0	2.3665
15.4	2.3623	15.8	2.3579	16.2	2.3534
16.6	2.3487	17.0	2.3438	17.4	2.3387
17.8	2.3333	18.2	2.3278