Планово-вогнутые линзы по индивидуальному заказу завод

Когда слышишь про планово-вогнутые линзы по индивидуальному заказу завод, многие сразу думают, что это просто шлифовка двух поверхностей разной кривизны. На деле же — это постоянная борьба с допусками на клиновидность и толщину по краю. У нас в ООО Чанчунь Ютай Оптика были случаи, когда заказчики присылали ТЗ с жёсткими требованиями по ЭЛТ, но забывали указать, для какого спектрального диапазона будет использоваться линза. Приходилось перезванивать и уточнять — иначе после контроля Френелевых отражений оказывалось, что просветление не подходит.

Особенности изготовления планово-вогнутых линз

С радиусами кривизны всегда есть нюансы. Например, для лазерных систем часто требуют R от -50 до -200 мм, но если не учесть коэффициент преломления конкретного материала, на сборке получим расфокусировку. Как-то раз для медицинского эндоскопа делали партию из БК7 — всё по чертежам, но при тестах выяснилось, что поле зрения сужается на 15%. Пришлось экстренно пересчитывать и перешлифовывать с учётом реального положения апертурной диафрагмы.

Толщина по центру — отдельная головная боль. Для УФ-диапазона обычно стараемся делать тоньше (2-3 мм), но с N-BK7 при диаметре 40 мм уже возникает риск деформации при закреплении. Один раз отгрузили партию с отклонением +0,1 мм — казалось бы, мелочь, но в сборке лазерного сканера это привело к интерференционным полосам. Вернули, переделали с полировкой на более жёстком pitch-полирите.

А вот с материалами типа синтетического плавленого кварца или CaF2 вообще отдельная история. Для эксимерных лазеров, например, заказывали линзы из SiO2 — тут кроме кривизны надо ещё и ориентацию оптической оси контролировать. Не все заводы это учитывают, но мы в Yutai Optics обычно сразу уточняем, будет ли линза работать с поляризованным излучением.

Подбор материалов и просветляющих покрытий

Часто заказчики просят ?самый прозрачный материал?, не конкретизируя диапазон. Приходится объяснять, что для 1064 нм лучше подходит N-SF11, а для 3-5 мкр уже нужен ZnSe. Как-то раз для биометрического сканера делали линзы из S-TIH53 — материал дорогой, но давал нужный нам коэффициент дисперсии. Правда, при шлифовке пришлось менять режимы охлаждения, потому что появлялись микротрещины.

Просветление — отдельная тема. Стандартное MgF2 для видимого диапазона подходит, но если линза будет в условиях перепадов влажности (например, в морской электронике), лучше сразу делать ионное assist-покрытие. У нас на https://www.yt-optics.ru/ есть таблицы по долговечности покрытий, но некоторые клиенты всё равно пытаются сэкономить — потом жалуются на потускнение через полгода эксплуатации.

Для ИК-диапазона вообще сложнее — там часто требуется просветление на 8-12 мкм, и обычные мониторинги не всегда корректно работают. Помню, делали партию для тепловизора — пришлось трижды перекладывать в вакуумной камере, пока не добились R<0,5% на 10,6 мкм.

Контроль качества и типичные ошибки

Интерферометр Zygo — вещь хорошая, но для планово-вогнутых линз с большим радиусом (скажем, -500 мм) нужны дополнительные контактные измерения. Однажды из-за неправильной юстировки на интерферометре пропустили астигматизм 0,2λ — линзы ушли заказчику, а потом вернулись с претензией по неравномерности волнового фронта. С тех пор всегда дублируем замеры сферометром.

Маркировка — кажется мелочью, но тоже важно. Для оборонной продукции требуют лазерную гравировку с указанием номера партии и радиуса. Как-то раз использовали старую краску — она отслоилась после термоциклирования. Теперь только ультрафиолетовое отверждение, проверенное в камере соляного тумана.

Упаковка — отдельный разговор. Для линз с просветлением нельзя использовать обычный пенопласт — выделяет пары, которые разрушают покрытие. Перешли на антистатические ячейки с пергаминовыми прокладками. Да, дороже, но после того как испортили партию для лазерной резки, поняли, что экономить тут нельзя.

Сложные случаи из практики

Был заказ от автопроизводителя — нужны были планово-вогнутые линзы для LiDAR-систем. Особенность — работа при -40...+85°C. Рассчитали конструкцию из S-BSL7, но на термоударных испытаниях появились сколы по краю. Оказалось, проблема в форме фаски — пришлось делать гибридную фаску с переменным углом. После доработки прошли 500 циклов без дефектов.

Ещё запомнился проект для научной установки — требовались линзы с пропусканием в вакуумном УФ (190-210 нм). Сначала пробовали делать из плавленого кварца, но оказалось, что нужен специальный сорт с пониженным содержанием гидроксильных групп. Нашли Suprasil 311, но стоимость выросла втрое. Заказчик в итоге согласился — альтернатив просто не было.

А вот с асферическими планово-вогнутыми линзами до сих пор сложно. Технология шлифовки асферики на вогнутой поверхности требует специальных станков с ЧПУ. Мы в Yutai Optics пока такие не делаем — только сферические поверхности. Хотя знаю, что некоторые конкуренты берутся, но там процент брака до 30% доходит.

Перспективы и ограничения технологии

Сейчас многие пытаются переходить на свободноформульные поверхности, но для серийных планово-вогнутые линзы по индивидуальному заказу завод это пока нерентабельно. Оборудование дорогое, а спрос нестабильный. Хотя для специальных применений — например, в голографических системах — уже есть inquiries на такие компоненты.

Из новых материалов интерес представляет оптическая керамика — например, для СО2-лазеров. Но пока проблемы с однородностью по большому диаметру. Как-то тестировали образцы от японского производителя — на диаметре 25 мм inhomogeneity была 5×10??, а нужно лучше 2×10??.

В целом, рынок стабилен, но смещается в сторону более комплексных решений. Часто просят не просто линзу, а готовый узел с юстировочными элементами. Мы в ООО Чанчунь Ютай Оптика постепенно развиваем это направление — последний проект как раз включал крепление с пьезокорректорами для системы активной оптики.