Сравнение общих характеристик оптического стекла H-LAK72 и N-BK7 

Выбор оптического стекла — одно из самых базовых и важнейших решений в оптическом проектировании. Различия в таких параметрах двух материалов, как показатель преломления, число Абе и тепловые характеристики, нелинейным образом влияют на схему коррекции аберраций всей системы, её приспособленность к условиям эксплуатации и производственные затраты.

1. Сравнение оптических параметров

1.1 Оптические параметры

Показатель преломления N-BK7, равный 1,5168, является типичным значением для стандартного коронового стекла и заменяет традиционное свинцово-мышьяковое стекло. Его число Абе, равное 64,2, означает низкую дисперсию в диапазоне видимого света, что делает его подходящим для систем визуализации с высокими требованиями к цветопередаче.

Показатель преломления H-LAK72, равный 1,713, значительно превышает показатель N-BK7 и относится к семейству лантановых короновых стекол. Непосредственным преимуществом высокого показателя преломления является то, что при одинаковой оптической фокусировке кривизна поверхности линзы может быть более пологий, что снижает вклад сферической аберрации.

1.2 Диапазон спектра проходящего света

Диапазон пропускания стекла N-BK7 охватывает диапазон от 350 нм до 2,5 мкм, обеспечивая хорошую пропускаемость от ближнего ультрафиолета до коротковолнового инфракрасного излучения. Это делает N-BK7 универсальным выбором для широкополосных систем — его диапазон пропускания охватывает множество применений, включая визуализацию в видимом спектре, возбуждение флуоресценции и ближнеинфракрасное зондирование.

H-LAK72, как лантановое короновое стекло, демонстрирует свои основные преимущества в диапазоне от видимого света до ближнего инфракрасного, однако коэффициент пропускания в ультрафиолетовом диапазоне значительно снижается, что делает его непригодным для применения в области глубокого ультрафиолета.

1.3 Потери на отражение

При длине волны 587,6 нм потери на одностороннем отражении у N-BK7 составляют около 4,05 %, а суммарные потери на обеих сторонах — около 8,1 %. У непокрытых элементов потери на отражение Френеля на границе раздела «воздух-стекло» нельзя игнорировать, поэтому на большинство прецизионных оптических элементов наносят антибликовые покрытия.

2. Сравнение физических и тепловых характеристик

Тепловое расширение и температурная стабильность:

коэффициент теплового расширения N-BK7 составляет 7,1×10⁻⁶/K, при этом изменения размеров в различных температурных диапазонах незначительны. Температура фазового перехода H-LAK72 (644 °C) значительно выше, чем у N-BK7 (557 °C), что обеспечивает лучшую структурную стабильность в условиях работы при высоких температурах.

Обрабатываемость:

Твердость по Нюсу N-BK7 (610) превышает показатель H-LAK72 (514), что означает, что после полировки на поверхности N-BK7 легче получить высокое качество, а выход готовой продукции выше. Это является одним из источников стоимостного преимущества N-BK7 при массовом производстве.

3. Характеристики дисперсии и влияние ахроматической конструкции

3.1 Значение числа Аб

Число Абе (Vd) определяется следующим образом: Vd = (nd – 1) / (nF – nC)
где nF и nC — показатели преломления при длинах волн 486,1 нм и 656,3 нм соответственно.
Число Абе материала N-BK7 составляет 64,2; он относится к материалам с высоким числом Абе и имеет низкую дисперсию; число Абея H-LAK72 составляет 51,81, что относит его к материалам со средней дисперсией.
При проектировании ахроматических линз обычно требуется сочетать материалы с высоким показателем преломления и низким числом Абея с материалами с низким показателем преломления и высоким числом Абея для коррекции хроматической аберрации. Характеристики дисперсии H-LAK72 обеспечивают ему определенные преимущества при проектировании сложных ахроматических линз.

3.2 Частичное отклонение дисперсии

С точки зрения генома материалов, одного лишь сравнения числа Абе недостаточно для оценки характеристик материала при коррекции высших порядков хроматической аберрации. Параметр относительного отклонения частичной дисперсии (ΔPΔP) для N-BK7 является важной входной величиной при оптическом проектировании и напрямую определяет сложность коррекции спектра второго порядка.

4. Рекомендации по выбору материалов

Выбор N-BK7:

• Рабочий диапазон системы охватывает спектр от видимого света до ближнего инфракрасного (350 нм–2,5 мкм)
• Предъявляются высокие требования к контролю дисперсии
• Важна стоимость, требуется массовое производство с высоким выходом готовой продукции
• Размеры элементов значительные, предъявляются требования к облегчению конструкции

Выберите H-LAK72:

• Необходимо обеспечить высокую фокальную интенсивность в ограниченном пространстве
• Предъявляются строгие требования к коррекции сферической аберрации
• Система работает в условиях высоких температур (повышенная температура стеклования)
• Свобода проектирования ограничена показателем преломления

Различие между H-LAK72 и N-BK7 по сути заключается в различиях в позиционировании этих двух систем материалов: N-BK7 представляет собой «универсальное» решение с низкой дисперсией, широким диапазоном волн и отработанной технологией; H-LAK72 же, благодаря внедрению элементов ланджеровой серии, обеспечивает скачкообразное улучшение характеристик в плане показателя преломления, что дает большую свободу при проектировании высокопроизводительных оптических систем. Ключевым фактором при выборе является точное соответствие параметров материала проектным задачам системы.