窗口片

一、定义

        玻璃材质做成的平行平片，光路系统中使用不改变系统的放大倍数，主要用来做保护玻璃使用。可用作防尘，防雾，防水等应用。用来保护核心元件直接被污染。

图1 窗口片光路图。

一、特点

       1、透过图像不会发生畸变，激光形状不变；

       2、光束传播角度不变；

       3、经过窗口片光学系统的放大倍数不变；

       4、可镀膜提高透射率；

二、说明

LBTEK窗口片选用的材质主要有硒化锌、锗、蓝宝石、氟化钙等，

硒化锌窗口片：

工作波长从可见光到20 µm，无吸湿性，且硒化锌材质具有各向同性特点，无双折射现象。未镀膜硒化锌表面反射率每个面约为17%左右，经过一片未镀膜硒化锌窗口片约有30%透射率损失。硒化锌是一种有害物质，具刺激性，接触到强酸或者强激光照射会产生有毒的硒化氢，对人体眼睛、呼吸道粘膜有刺激作用，皮肤经常直接接触可引起皮炎。操作时务必佩戴过滤式防尘口罩，戴化学安全防护眼镜及穿防渗透工作服。

锗窗口片：

锗窗口片工作波长在600 nm-16 µm红外波段，吸收很少，对1.5 µm光束有一定吸收和滤光效果，未镀膜锗窗口片表面反射率每个面约为35%的损失，经过一片未镀膜的锗窗口片双手损失约为59%。锗的光谱透过率对温度非常敏感，环境温度100° 波长透过。锗的光谱透过率对温度非常敏感；环境温度100°C材料吸收度变得极大以至于几乎不透光，在环境温度200 ℃时完全不透光。锗材料含有有害物质，操作时务必佩戴过手套，滤式防尘口罩，戴化学安全防护眼镜及穿防渗透工作服，操作结束后洗手。

蓝宝石窗口片：

蓝宝石工作波长从400 nm-5000 nm，在这个工作波段范围内无吸收，光束在蓝宝石窗口片内传播时会发生双折射现象。未镀膜蓝宝石窗口片表面反射率每个面约为8%，经过一片未镀膜的蓝宝石窗口片透射率约为85%。蓝宝石具有很高的表面硬度，只能被少数几种物质划伤，蓝宝石具有很好的耐热性和耐候性，化学性能稳定，即使在温度最高1000°C时也不溶于水、常见的酸和碱。天然蓝宝石由于晶体内混有铁或者钛等金属离子，呈现出鲜艳的蓝色，紫外光照射时有时会发出荧光，人工合成蓝宝石为无色透明。

氟化钙窗口片：

工作波长从180 nm-8000 nm，在紫外波长具有良好的透过性，氟化钙材质为各向同性，光束在氟化钙窗口片中传输不好发生双折射现象。未镀膜的氟化钙窗口片每个面约有3%的反射率，经过一片未镀膜氟化钙窗口片透射率约为94%。氟化钙耐湿性较高，还具有低色散(阿贝数95)和低荧光特性（少量杂质），具有很好的防水、耐化学品和耐热性等。但硬度较低，容易被划伤，且在高湿环境下使用时，如果温度超过600 °C则氟化钙会发生降解。

N-BK7窗口片：

工作波长从350nm-2000nm，通常在紫外熔融石英的优点（即，在紫外光区域有较好透过率，且热膨胀系数更小）并非必需的情况下选择N-BK7窗口片。这些窗口片可选未镀膜(350 nm-2.0 µm)或在两个光学表面镀我们三种增透膜之一的版本。未镀膜窗口片的每个表面具有约4%的典型损耗，而增透膜在指定波长范围上将每个表面的该损耗减小到Ravg< 0.5%，并且对于0°与30°之间的入射具有良好性能。

紫外熔融石英窗口片：

工作波长从190nm-2100nm，紫外熔融石英非常适用于那些需要在深紫外波段具有比N-BK7透射率更高的应用。与N-BK7相比，紫外熔融石英在给定波长下具有更低折射率，更好的均匀性和更低热膨胀系数。未镀膜的窗口片每个表面的损耗为4%，增透膜将表面损耗降低至Ravg<0.5%。当入射角在0°和30°之间时，增透膜性能最好。

硅窗口片:

工作波长从1.2 µm-8 µm，硅基材密度小，密度是诸材料或硒化锌材料的一半，重量相对较轻，硅材质的光学元件比锗硬度高。硅具有高的热传导率和低的密度，使其适合制作成激光反射镜。然而，由于硅在9微米波长处有很强的吸收，并不适合用于二氧化碳激光透射应用。

四、增透膜

增透膜是一种硬质耐热的氧化膜，光学器件镀膜后在特定波长范围内的反射可以做到最小，通常要求镀膜的厚度必须是设计波长的1/4奇数倍，这种设计使得相邻两个反射面的反射光束之间有一个半波长的路径差，从而减小反射的影响。LBTEK公司常用的增透膜材料为氟化镁(n=1.38)，也可以定制镀其他增透膜材料。

光学系统在没镀膜的情况下，每个光学表面由于反射会有大约4%(反射率: ，n为材料的折射率,1为空气折射率）的光能量的损失，透过率=。一个光学系统中，若有N个透镜未镀膜，损失的光能量为（1-0.96（Nx2））x100%，如果在每个光学器件表面镀增透膜（N-BK7基材400 nm-700 nm平均反射率小于0.4%，700 nm-1100 nm平均反射率小于0.3%,1100 nm-1650 nm平均反射率小于0.6%），采用镀C膜(1100 nm-1650 nm)的N个透镜，光经过N个镀C膜的透镜后，光能量损失为：（1-0.996（Nx2））X100%，若一个光路系统用了4个透镜，未镀膜透镜损失的光能量为：27.9%，而经过C膜后光能量损失小于3.2%，因此，镀增透膜能够明显提高透射率，降低光经过透镜表面产生的光能量损失。

窗口片应用案例

蓝宝石窗口片：通常用作传感器，检测器的保护窗，并且不会更改系统的放大倍率，广泛应用于高能探测和高功率强激光的重要窗口材料。蓝宝石窗口片优势的方面是除了它拥有着不错的硬度之外，还有着很好的电气特性和介电特性，并且拥有防化学腐蚀，耐高温，导热好，化学稳定性好等特性。

 硒化锌窗口片：硒化锌材料对热冲击具有承受能力，使它成为CO2激光器系统中的光学材料。该未镀膜窗口片工作波长范围由可见光（600 nm）到红外(16.0μm)波段，并且整个波段范围内内均具有很高的透射率。在红外成像和热成像应用中，硒化锌窗口片起着关键的作用。它们可以保护相机镜头或热像仪的感光元件，同时确保红外光的准确捕捉和传递。这对于高质量的红外图像和的温度测量至关重要。在军事侦察和安防监控方面，硒化锌窗口片被广泛应用于红外摄像机和传感器中。它们允许在夜间或低光条件下进行隐蔽观察和监控，并提供可靠的红外成像功能。除了应用于相机和传感器，硒化锌窗口片还在科学研究领域发挥着重要作用。

氟化钙窗口片：氟化钙是一种晶体材料，因其优异的光学透明性和物理特性而被选用作为窗口片和透镜的材料。其广泛应用于高性能光学系统中，特别是在需要透过宽泛光谱范围（从紫外线到红外线）的应用中。由于其在紫外区的高透射率，氟化钙窗口片常用于紫外光谱学和其他需要紫外透射的应用。氟化钙的远红外透射性能使其成为红外成像和光谱分析中的理想选择。在一些天文望远镜中，氟化钙被用作透镜和窗口材料，以提供宽泛光谱范围的高透明度。

硅窗口片：它适合用于1.2-8μm区域的近红外波段。因为硅材料具有密度小的特点（其密度是锗材料或硒化锌材料的一半），在一些对重量要求敏感的场合尤为适用，特别在3-5um波段的应用。硅的努氏硬度为1150，比锗硬，没有锗易碎。‌硅窗口片‌的应用主要涉及自发气调储藏技术，用于蔬菜的长期保鲜。这是一种自然降氧法硅窗口片的应用不仅有助于保持蔬菜的新鲜度和质量，还能够在不使用化学添加剂的情况下，提供一种环保的保鲜方法。这种技术通过硅窗薄膜封闭集装袋的组成，包括硅窗、装箱产品、内外垫板、封闭薄膜等元素，实现了对氧气和二氧化碳的有效调节，从而延长了蔬菜的保鲜期限‌。硅窗口片还应用于光学和激光技术中，如鼓形透镜、可见光窗口片、红外紫外窗口片等，这些应用涵盖了从光学平晶到各种形状和功能的反射镜、棱镜、光栅等，以及激光技术中的各种元件，如激光透镜、激光窗口片等。

锗窗口片：它具有良好的2-16μm 波段传输性能，可用于中波红外线(IR)和长波红外线系统。锗是热成像系统中广泛用于红外窗口和透镜的材料。这种高密度窗口有一个热泄漏，使透过率随着窗口温度的升高而降低。锗窗口片通常用于国防和航空航天工业、生命和医学科学、工业 OEM 和许多其它红外应用。

紫外熔融石英窗口片：具有良好的耐温特性，急速高低温具有良好的耐受性，低光谱损耗，紫外-红外宽光谱高透过，高精度，低膨胀系数等特点。因此常被用来保护光学模组和其他光学电子仪器免受环境条件的影响

高功率F-Theta场镜上装配的紫外熔融石英窗口片