In de wereld van precisie-optiek en foto-elektrische systemen vervullen verschillende optische componenten hun eigen taken en werken ze samen om complexe taken uit te voeren. De verwerkingsmethoden voor verschillende optische componenten variëren. De vensterplaat, een van de veelgebruikte elementen, heeft diverse oppervlaktebewerkingstechnieken. Daaronder fungeert het gemetalliseerde venster, een ogenschijnlijk eenvoudige maar cruciale fundamentele component, niet alleen als een "bewaker" van het lichtpad, maar ook als een "enabler" van systeemfunctionaliteit. Laten we ons verdiepen in het begrijpen ervan!

I. Definitie van een gemetalliseerde venster​​

Simpel gezegd, een gemetalliseerde venster is een optische component waarbij een of meer lagen metaal dunne films (zoals chroom, goud, zilver, aluminium, nikkel, enz.) worden afgezet op de rand of specifieke oppervlaktegebieden van een optisch substraat (meestal glas, kwarts, saffier, enz.) door middel van precisieprocessen zoals vacuümverdamping of sputtering.

Vanuit de brede classificatie van filters vallen gemetalliseerde vensters doorgaans niet onder de traditionele categorie van "filters". Traditionele filters (bijv. banddoorlaatfilters, langdoorlaatfilters) hebben de kernfunctie van het selectief doorlaten of reflecteren van specifieke golflengtebanden van licht, waardoor de spectrale samenstelling van het licht wordt veranderd. In tegenstelling hiermee is de primaire functie van een venster bescherming. Het moet een hoge transmissie behouden over een brede spectrale band (bijv. zichtbaar, infrarood of ultraviolet) en tegelijkertijd fysieke isolatie en afdichting tegen de omgeving bieden.

Daarom is een gemetalliseerde venster, nauwkeuriger gezegd, een speciale subklasse van het optische venster. De speciale eigenschap ervan ligt in die gemetalliseerde coating, die gewone vensters meerdere extra functies geeft die ze anders niet zouden bezitten.

​​II. De kernredenen en functies van metallisatie​​

Het coaten van een optisch element, dat idealiter zoveel mogelijk licht moet doorlaten, met ondoorzichtig metaal lijkt misschien tegenstrijdig, maar het is een meesterzet van engineering. De kernredenen voor metallisatie zijn om een of meer van de volgende sleutelfuncties te bereiken:

1. ​​Het bereiken van elektromagnetische afscherming (EMI-afscherming):​​In veel elektronische en foto-elektrische apparaten zijn interne precisiesensoren (bijv. CCD/CMOS) of lasers zeer gevoelig voor externe elektromagnetische interferentie (EMI) en kunnen ze zelf ook interferentiesignalen uitstralen. Een continue, geleidende metalen coating op het venster kan een effectief Faraday-kooi-effect creëren, waardoor licht kan passeren en tegelijkertijd bescherming biedt tegen ongewenste elektromagnetische golven, waardoor een stabiele werking van het apparaat wordt gegarandeerd.

​​

2. Het bieden van elektrische verbinding en aarding:​​ De gemetalliseerde laag is een goede geleider. Door draden erop te solderen of direct contact te maken met een metalen behuizing, kan het circuitpaden bieden voor componenten aan de andere kant van het venster (bijv. verwarmingsfilms, temperatuursensoren of elektroden die in het venster zijn gemonteerd). Als alternatief kan het venster zelf worden geaard, waardoor statische elektriciteit verder wordt afgevoerd en het afschermingseffect wordt versterkt.

​​

3. Het mogelijk maken van hermetische afdichting:​​Dit is een uiterst belangrijke toepassing voor gemetalliseerde vensters. In apparaten die een interne hoogvacuüm- of specifieke inertgasomgeving moeten behouden (bijv. lasertubes, fotomultiplicatortubes, ruimtevaartsensoren), vereist het venster een permanente, absoluut betrouwbare afdichting met de metalen behuizing. Het gebruik van braze-technologie om de gemetalliseerde laag op de rand van het venster aan de metalen schaal te lassen, bereikt een veel betrouwbaardere hermetische afdichting in vergelijking met methoden zoals lijmverbinding, waardoor de stabiliteit van de interne omgeving op lange termijn wordt gewaarborgd.

4. ​​Het vormen van een opening of masker:​​ Metallisatie hoeft niet per se het hele oppervlak te bedekken; het kan in specifieke vormen worden gepatrooneerd. Door een metaal lichtblokkerende laag in een bepaalde vorm (bijv. cirkelvormig, vierkant) op het vensteroppervlak af te zetten, kan de heldere opening nauwkeurig worden gedefinieerd, waardoor strooilicht effectief wordt geblokkeerd en de signaal-ruisverhouding en beeldkwaliteit van het systeem worden verbeterd.

III. Primaire toepassingsomgevingen​​

Dankzij deze unieke functies worden gemetalliseerde vensters veel gebruikt in gebieden met strenge omgevingsvereisten:

• ​​Defensie en ruimtevaart:​​Toepassingen zijn onder meer raketzoekers, optische payloads voor satellieten en infrarooddetectiesystemen voor vliegtuigen. Deze apparatuur werkt onder hoge trillingen, extreme temperatuurschommelingen en sterke elektromagnetische interferentie, waarbij gemetalliseerde vensters de nodige bescherming, afdichting en afscherming bieden.

​​

• High-end industriële en wetenschappelijk onderzoek:​​Voorbeelden zijn krachtige lasersystemen, deeltjesdetectoren, vacuümkamer kijkvensters en cryostaten. Deze toepassingen vereisen hoogvacuümafdichting, stralingsbestendigheid en elektrische connectiviteit.

• ​​Medische en biologische apparatuur:​​ Sommige medische apparaten met ingebouwde laserbronnen (bijv. flowcytometers) vereisen het afdichten van de laser in een specifieke omgeving terwijl de laserstraal kan ontsnappen.

• ​​Communicatie en detectie:​​Gebruikt in glasvezelcommunicatiemodules en gassensoren, waarbij gebruik wordt gemaakt van hun EMI-afschermingseigenschappen om signaalzuiverheid te garanderen.

​​IV. Belangrijkste technische parameters​​

Bij het selecteren en evalueren van gemetalliseerde vensters moeten de volgende kernparameters in overweging worden genomen:

​​1. Substraatmateriaal:​​Bepaalt de basisoptische en fysische eigenschappen van het venster.​

• K9 Glas:​​Geschikt voor het zichtbare spectrum, lage kosten.

ZMSH K9 Optische Hemisfeer Shell

• ​​Gesmolten silica:​​Hoge transmissie van UV tot nabij-IR, lage thermische uitzettingscoëfficiënt, goede stabiliteit.

ZMSH Quartz Glas Optische Vensters

​

• Saffier:​​ Extreem hoge hardheid, krasbestendig, bestand tegen hoge temperaturen, geschikt voor een brede band van UV tot midden-IR en ruwe omgevingen.

ZMSH Saffier Wafer

​

• Silicium (Si) / Germanium (Ge):​​Primair gebruikt voor infraroodbanden.

​​

ZMSH Silicium Wafer

2. Heldere opening (CA):​​De diameter van het gebied op de optische component dat gegarandeerd voldoet aan de gespecificeerde optische prestaties. Het gemetalliseerde gebied is doorgaans groter dan de CA.

3. ​​Metallisatietype en -dikte:​​ Chroom (Cr) wordt bijvoorbeeld vaak gebruikt voor openingen en als hechtlaag voor solderen, terwijl goud (Au) wordt gebruikt voor hoge geleidbaarheid en oxidatiebestendig solderen. De dikte varieert doorgaans van tientallen tot honderden nanometers.

​​4. Transmissie:​​ Het percentage lichtenergie dat wordt doorgelaten binnen een gespecificeerd golflengtebereik (bijv. λ1~λ2). Hoogwaardige vensters kunnen een transmissie van meer dan 99% bereiken in de doelband.

​​

5. Hermeticiteit:​​ Een kritische voor gesoldeerde vensters. Meestal gemeten met een heliummassaspectrometer, die zeer lage lekpercentages vereist, bijvoorbeeld <1x10⁻⁸ cc/sec (He bij standaard atmosferische druk).

​​

6. Braze-compatibiliteit:​​ De metallisatie moet een goede bevochtigbaarheid en hechtsterkte hebben met specifieke soldeermaterialen (bijv. AuSn, AgCu eutectisch soldeer) om thermische cycli en mechanische spanningen te weerstaan.

​​

7. Oppervlaktekwaliteit:​​Meestal gemeten door Scratch-Dig-standaarden (bijv. 60-40). Kleinere getallen duiden op minder onvolkomenheden op het oppervlak.

8. ​​Oppervlaktefiguur:​​ Verwijst naar de afwijking van perfecte vlakheid, meestal uitgedrukt in eenheden van golflengte λ (bijv. @632,8 nm), zoals λ/4, λ/10. Kleinere waarden duiden op een vlakker oppervlak.

Kortom, het gemetalliseerde venster is een paradigma van de perfecte integratie van optisch ontwerp met mechanische en elektrische vereisten. Het overstijgt de eenvoudige taak van "licht doorlaten" en speelt meerdere rollen: een beschermende barrière, een elektromagnetische afscherming, een hermetische afdichting en een elektrische brug. Bij het selecteren van een venster moeten ingenieurs een systematische afweging maken: Is geleidbaarheid nodig? Is solderen voor hermetische afdichting vereist? Wat is de werkende golflengteband? Hoe ernstig zijn de omgevingsbelastingen? Het beantwoorden van deze vragen bepaalt het juiste substraatmateriaal, het type metaalcoating en de verwerkingstechnologie.

Het is de coëxistentie van precisiebewerking op microschaal (metalen films dik) en robuuste betrouwbaarheid op macroschaal (bestand tegen atmosferische drukverschillen, ernstige thermische veranderingen) die het gemetalliseerde venster tot een onmisbaar "supervenster" maakt dat de fragiele optische wereld verbindt met ruwe real-world omgevingen.

Conclusie

ZMSH is gespecialiseerd in het leveren van one-stop op maat gemaakte en productiediensten voor hoogwaardige optische componenten, waaronder ​​metallisatievensters​​, ​​kwartsglazen klokken​​, ​​saffier observatievensters​​ en diverse ​​specialisatie optische substraten​​ (zoals silicium- en germaniumbasissen). Uitgerust met uitgebreide vacuümcoating, precisiebewerking en testmogelijkheden, en strikt vasthoudend aan een kwaliteitsmanagementsysteem, zorgen we ervoor dat onze producten voldoen aan strenge eisen voor lichttransmissie, thermische stabiliteit, hermeticiteit en elektromagnetische afschermingsprestaties, en voldoen aan de veeleisende behoeften van halfgeleiders, ruimtevaart, lasersystemen en high-end onderzoeksapparatuur. Door gebruik te maken van volwassen processen en een flexibel productiesysteem, streven we ernaar om een full-process oplossing te leveren voor onze klanten, van ontwerpondersteuning en snelle prototyping tot batchlevering.

ZMSH Saffier Substraten