프로젝트에 적합한 옵티컬 윈도우 시트를 선택하는 방법은?
소개
광학 창 부품은 빛을 투과하는 광학 요소로 일반적으로 유리, 석영 및 일반 광학 유리와 같은 투명한 재질로 만들어집니다. 주요 역할은 장비 내부의 구성 요소를 보호하고 광 신호를 전송하는 것입니다. 광학 장비에서 광학 창은 렌즈, 필터, 광섬유 및 기타 구성 요소를 먼지, 비, 산화 등과 같은 외부 환경 오염 및 물리적 손상으로부터 보호하는 데 자주 사용됩니다. 또한 광학 윈도우는 광속과 스펙트럼을 조정하여 다양한 상황에 맞게 조정하고 광선의 입사 방향과 각도를 제어 및 조정할 수 있습니다.
그림 1 다양한 광학 창 시트
다양한 애플리케이션 시나리오에서는 광학 윈도우 시트에 극한의 환경을 견디면서 우수한 광학 투과율을 유지해야 한다는 거의 상반된 요구 사항이 적용됩니다. 우주선에서는 우주선과 급격한 온도 차이를 견뎌야 하고, 심해 탐사선에서는 초고수압과 염수 분무 부식을 견뎌야 하며, 의료용 내시경에서는 정확한 영상을 구현하면서 생체 안전성을 보장해야 합니다. 이러한 다차원적 성능 요구 사항의 균형으로 인해 광학 윈도우 시트 설계에서 재료 선택이 주요 이슈가 되고 있으며, 과학자들은 '투명성의 수호자'의 각 부분이 적용 시나리오의 고유한 과제에 완벽하게 적응할 수 있도록 재료의 결정 구조, 코팅 공정 및 화학적 안정성을 제어합니다.
특히 고에너지 레이저는 고온과 방사선을 견딜 수 있는 사파이어 윈도우가 필요합니다. 심해 탐사기는 내압과 내식성을 위해 블루 사파이어 유리를 사용하며, 의료용 내시경은 생체 적합성이 뛰어난 불화 칼슘 결정을 사용합니다. 우주 망원경의 별빛 포착부터 현미경의 세포 구조 분석, 태양광 패널에서 적외선 센서에 이르기까지 광학 윈도우 시트의 재료 과학과 기능 설계는 현대 광학 장비의 정밀도, 안정성 및 수명과 본질적으로 연결되어 있습니다.
그림 2 광학 윈도우의 원리
광학 윈도우 시트 선택 시 고려해야 할 요소
재료 유형
광학 윈도우 시트의 소재를 선택하려면 광학 성능, 환경 저항성, 기계적 강도 및 비용 효율성의 조합이 필요합니다. 광학 유리(예: BK7, 용융 실리카)는 높은 투과율(가시광선부터 근적외선 파장대까지 커버)과 경제성으로 인해 범용 시나리오에서 선호되는 소재이지만 온도 저항성(일반적으로 500°C 미만)과 충격 저항성은 제한적입니다. 석영 유리는 초고순도 실리카를 통해 광범위한 스펙트럼의 UV-IR 투과를 달성하며, 고온 저항성(>1000°C)과 열 충격 저항성으로 인해 고에너지 레이저 및 우주선 관측 창과 같은 극한의 시나리오에 적합합니다. 사파이어(단결정 알루미나)는 다이아몬드 다음으로 높은 모스 경도(9등급)와 자외선에서 중적외선(0.15~5.5μm)까지 빛을 투과하는 능력이 뛰어나 심해 탐사선, 장갑 광학 및 마모가 심한 환경에서 주로 사용됩니다. 그러나 높은 굴절률은 반사 손실을 최소화하기 위해 코팅을 통해 최적화해야 합니다. 엔지니어링 플라스틱(예: PC, PMMA)은 가볍고 충격에 강하며 사출 성형이 가능하다는 장점으로 인해 드론 렌즈 및 웨어러블 디바이스와 같은 경량 수요 시나리오에서 대체할 수 없지만 온도 저항성(일반적으로 120°C 미만)과 내화학성은 하이엔드 애플리케이션을 제한합니다. 예를 들어 불화칼슘 결정은 생체 적합성과 중적외선 투과율 특성으로 인해 의료용 내시경에 주로 사용되는 반면, 셀렌화 아연은 CO₂ 레이저 시스템의 장파 적외선 창 전용으로 사용되는 등 특수 시나리오에도 맞춤형 소재가 필요합니다. 재료 선택의 핵심은 극한의 빛 투과율을 추구하기 위해 기계적 강도를 희생하고 비용과 환경 저항성의 균형을 맞추는 것이며, 최신 코팅 기술은 재료 성능의 한계를 뛰어넘고 있습니다.
그림 3 빛 투과율이 높은 광학 유리
두께
광학 윈도우 시트의 두께는 소재의 힘-광학 결합 특성에서 핵심적인 변수입니다. 기계적 강도 측면에서 두께는 재료 역학의 박판 처짐 방정식(δ ∝ P-L³/(E-t³))을 따르며, 굽힘 강도는 두께의 제곱에 반비례하므로 두께가 25% 증가하면 변형 저항은 약 95% 향상되지만 무게는 선형적으로 증가합니다. 광학 성능 측면에서 두께는 광학 이동 거리에 직접적인 영향을 미치며, 윈도우 시트 두께가 λ/(2Δn)(λ는 파장, Δn은 굴절률 불균일성)을 초과하면 특히 고출력 레이저 시스템에서 과도한 두께가 열 렌즈 효과(열 초점 방정식, f ∝ κ-t/(α-P)를 악화시키는 파면 수차가 트리거될 수 있습니다. (여기서 κ는 열전도율, α는 흡수 계수, P는 전력). 반면 투과율은 비선형 관계를 보이는데, 비어-램버트 법칙에 따르면 투과율 T = (1-R)²-e^(-αt)(R은 표면 반사율)이며 두께가 증가하면 재료의 고유한 흡수(α 항)의 효과가 증폭됩니다(예: 자외선(UV) 대역(200nm)에서 5mm 두께의 용융 실리카의 투과율은 1mm 두께에 비해 40%까지 감소합니다.) 투과율은 두께가 증가할수록 더 큰 폭으로 증가하기 때문에 투과율을 최적화하는 것이 중요합니다. 따라서 두께 최적화는 기본적으로 압축 강도, 수차 제어 및 광 투과 효율 사이에서 파레토 최적 솔루션입니다.
그림 4 다양한 두께의 쿼츠 윈도우 시트
극한 압력 시나리오(예: 수심 5000미터 수중 잠수정)에서 윈도우 시트는 압축 강도 공식 P_collapse = K-E/(1-ν²)-(t/D)²(K는 형상 계수, ν은 푸아송 비율, D는 직경)를 충족해야 하며 일반적으로 최대 8-15mm 두께의 사파이어 단결정, 60MPa 수압을 견디는 높은 두께 설계로 3.2GPa의 압축 강도를 사용해야 합니다. 표준 광학 시스템(예: 현미경 대물렌즈 보호창)은 얇아지는 원리를 따르지만, 1-3mm 두께의 BK7 광학 유리를 사용하면 λ/4 표면 평탄도(PV 값 <0.5μm) 요건을 충족할 뿐만 아니라 시스템 부하의 무게를 0.5% 이내로 제어할 수 있습니다. 고출력 CO₂ 레이저(파장 10.6μm)의 경우 0.5~1mm 두께의 아연 셀레나이드 창이 표준이 되는데, 이 두께는 열에 의한 초점 이동을 레이리 길이의 10% 이내로 제어(Z_R = πω₀²/λ)하고 99% 이상의 투과율을 보장(1/4 파장 반사 방지 코팅으로 달성)하는 두께입니다. 항공우주 분야에서는 두께 선택 시 진동 모드도 고려하는데, 일반적인 위성 광학 페이로드용 용융 실리카 윈도우의 두께는 2mm로 로켓 발사의 광대역 20-2000Hz 진동 대역을 피하기 위해 1차 공진 주파수를 피할 수 있도록 합니다. 이러한 정밀한 두께 맞춤화는 재료 고유 특성부터 시스템 수준 엔지니어링에 이르기까지 다양한 규모의 설계 인텔리전스를 반영합니다.
광학 특성
광학 윈도우 시트의 투과율, 흡광도, 반사율은 광학 성능의 '황금 삼각형'을 구성하며, 광 신호의 전송 효율과 시스템 신호 대 잡음비를 함께 결정합니다. 빌 램버트의 법칙에 따르면 투과율 T = (1-R)2e-αtT = (1-R)2e-αt(반사율은 RR, 흡수 계수는 αα, 두께는 tt), 자외선 대역(200-400nm)이 90% 이상의 투과율이어야 하는 경우 용융 실리카(α<0.1cm-¹ @200nm) 및 불화 칼슘이 선호되는 반면, 일반 광학 유리는 철 이온 불순물(α>1cm-¹)로 인한 흡수 피크로 인해 이 밴드에서 제거됩니다. 적외선 창(3-12 μm)의 경우 아연 셀렌화물은 장파 적외선(8-12 μm)에서 α<0.02 cm-¹의 낮은 흡수를 유지하는 반면 게르마늄은 투과율이 우수하지만(>99% @10.6 μm) 온도에 민감한 흡수 계수(α는 온도에 따라 기하급수적으로 증가)로 인해 열전기 냉각을 사용해야 합니다.
자외선 차단(예: UV 리소그래피) 분야에서 용융 실리카 기판은 MgF₂ 반사 방지 코팅(반사율 <0.5% @193nm)과 함께 사용되며, 248nm에서 흡수 대역을 억제하기 위해 하이드 록실 함량을 엄격하게 제어(<1ppm)하고 있습니다. 가시창(예: 카메라 렌즈)은 광대역 AR 코팅(반사율 <0.3%)과 결합된 BK7 유리(투과율 >92% @400-700nm)로 만들어지며, Ce³+ 불순물 농도를 제어하여 흡광도를 <0.1%로 유지합니다. 적외선 열화상 시스템의 경우, 작동 대역에 따라 소재를 정밀하게 선택합니다: 단파장 적외선(SWIR, 1-3 μm)에는 실리콘 웨이퍼(투과율 > 50%), 중파장 적외선(MWIR, 3-5 μm)에는 사파이어(산란 손실을 줄이기 위해 표면 거칠기를 5 nm 미만으로 만들기 위해 특수 연마 필요), 장파장 적외선(LWIR, 8-14 μm)에는 화학 기상 증착(CVD) 성장 아연 황화물(ZnS)이 표준으로 사용되고 있습니다. 황화아연(ZnS). 전체 스펙트럼 시스템(예: 분광광도계)의 경우, 불화마그네슘(UV 영역), 용융 실리카(가시 영역), 불화 바륨(IR 영역)이 다층 적층 기법으로 복합 창으로 결합되며 층의 두께는 d=λ/(4n)d=λ/(4n)에 따라 광학적으로 일치합니다.
표 1 광학 창 성능 코어 트라이어드 및 파장 적응
파장 범위 |
선택된 재료 |
투과율 임계값 |
흡수 제어 지점 |
코팅 솔루션 |
Ultraviolet(200-400nm) |
용융 실리카 |
>90%@200nm |
하이드 록실 함량 <5ppm |
MgF2 단층 필름 |
가시광선(400-700nm) |
Bk7Glass |
>92%@546nm |
Fe³+ 함량 <50ppm |
광대역 AR 필름 |
적외선(3-12μm) |
Cvd-Zns |
>70%@10μm |
격자 결함 밀도 <1e4/Cm² |
다이아몬드 필름 |
광학 특성 및 기계적 강도
광학 윈도우 시트 성능의 최적화는 여러 물리 분야가 결합된 정밀 엔지니어링으로, 그 핵심은 광학적 특성과 재료 결합의 고유 파라미터의 깊이에서 시작됩니다 - "광학 에너지 삼각형" 구성의 투과율, 흡수율 및 반사율은 시스템의 신호 대 잡음비 경계를 직접적으로 정의합니다. UV 리소그래피에서 용융 실리카는 193nm(α<0.1cm-¹)에서 99% 이상의 투과율과 MgF₂ 코팅으로 0.2%로 감소된 반사율을 통해 EUV 광 경로의 초석이 되며, 적외선 열화상 시스템은 8-12μm 밴드에서 70% 이상의 아연 셀레나이드의 고유 투과율과 다이아몬드 필름 코팅으로 표면 반사 손실이 0.5μm 이하로 억제된 것에 의존합니다. 표면 반사 손실은 다이아몬드 코팅을 통해 0.5% 미만으로 억제됩니다. 광학 에너지 전달을 위한 첫 번째 인터페이스인 표면 품질은 나노미터 정밀도로 시스템 성능을 형성합니다: 레이저 자이로스코프 창은 <0을 유지하기 위해 λ/20 표면 평탄도(PV <15nm)가 필요합니다.001λ 파면 수차 및 MIL-PRF-13830B 표준에 따른 클래스 0 스크래치 제어 표면을 통해 고에너지 레이저 시스템이 50J/cm²의 손상 임계값을 초과할 수 있으며, 사파이어 윈도우는 0.3nm RMS 거칠기로 자기학적으로 연마되고 이온 빔 증착 다이아몬드형(DLC) 코팅으로 화성의 모래와 먼지 환경에서 10⁹ 마찰 주기 이상의 스크래치 보호 성능을 달성할 수 있습니다. 기계적 측면에서는 기계적 방정식과 환경 부식 기능을 충족하기 위해 재료 선택이 동기화되어야 하는데, 사파이어(단결정 Al₂O₃)는 모스 9 경도와 3의 심해 탐사선 관측 창을 위한 첫 번째 선택이 되었습니다.2 GPa 압축 강도 및 반구형 기하학적 설계는 응력 분포 공식 σ=Pr/(2t)를 통해 60MPa 수압 하에서 변형을 <5μm로 제어하며, 항공 우주 광학 시스템은 분자 수준의 CTE 매칭 기술로 -150~+100°C의 온도 변화에서 창-지지 구조의 계면 응력이 <10MPa인 CTE ≈ 0.05×10-⁶/°C ULE 유리를 채택합니다. 다중 환경 공격에 직면하여 현대 표면 공학은 다차원 방어 시스템을 구축했습니다: 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 방식의 HfO₂/Al ₂O₃ 다층 필름은 pH=0~14의 부식성 액체에서 5년 이상의 보호 수명을 유지할 수 있으며, 생체 공학 화합물 눈 구조를 가진 소수성-정전기 방지 복합 코팅(접촉각 >.160°, 표면 저항 <1kΩ/sq)을 통해 열대 우림에서 물방울 부착 제로 실현; 비 에르미오닉 포토닉스 원리에 기반한 초표면 광대역 반사 방지층(반사율 <0.1% @400~1600nm)는 UAV 광전구를 반사 방지 층으로 바꾸고 있습니다. 1600nm), 광학 윈도우의 빛 에너지 활용도를 이론적 한계인 99.9%까지 끌어올렸습니다.
표 2 성능 매개변수 및 적응 범위
성능 차원 |
자외선 시스템의 일반적인 값 |
적외선 시스템의 일반적인 값 |
극한 환경 개선 프로그램 |
투과율 |
용융 실리카>99%@193nm |
CVD-ZnS>70%@10μm |
그라데이션 굴절률 코팅 |
표면 거칠기 |
0.2nm RMS(EUV 리소그래피) |
5nm RMS(LWIR 창) |
플라즈마 빔 형성 |
열팽창 계수 |
0.5×10-⁶/℃(합성 석영) |
7×10-⁶/℃(Ge) |
SiC-시그니디언트 용접 |
부식 저항 |
<1nm/년@pH1-13 |
<5nm/년@ 염수 분무 ASTM B117 |
원자층 증착 Al₂O₃ |
여러 소재의 광학 윈도우 시트
실리콘 윈도우 시트
실리콘은 1.2-8 μm 영역의 근적외선 대역에 사용하기에 적합합니다. 실리콘은 밀도가 낮기 때문에(밀도가 게르마늄 또는 아연 셀레나이드 재료의 절반 수준) 특히 3~5um 대역에서 무게 요구 사항이 민감한 애플리케이션에 적합합니다. 실리콘의 누프 경도는 1150으로 게르마늄보다 단단하고 게르마늄만큼 깨지지 않습니다. 그러나 9um의 강한 흡수 대역으로 인해 CO2 레이저의 투과 응용 분야에는 적합하지 않습니다.
실리콘(Si) 단결정은 단단하고 물에 녹지 않는 화학적으로 불활성인 물질입니다. 1.2 -7um 대역에서 광 투과율이 우수하며, 다른 적외선 소재의 특성이 아닌 30-300μm의 원적외선 대역에서도 광 투과율이 우수합니다. 실리콘(Si) 단결정은 일반적으로 3~5μm 중파장 적외선 광학 창 및 광학 필터의 기판으로 사용됩니다. 이 소재는 열전도율이 우수하고 밀도가 낮기 때문에 레이저 미러 생산에 자주 사용되며 부피의 무게에 더 민감합니다. 실리콘 렌즈 또는 창, 광학 등급 실리콘 단결정 사용, 직경 범위는: 5 ~ 260mm, 표면 정확도는 일반적으로 최대 40/20, 표면 평탄도는 최대 λ / 10 @ 633nm (처리 비율을 준수하기 위해 렌즈의 직경에 대한 렌즈 두께의 비율)입니다.
그림 5 Si 윈도우 시트
Ge 윈도우 시트
게르마늄 소재는 굴절률이 매우 높으며(2-14 μm 대역에서 약 4.0), 창 유리로 사용할 경우 필요에 따라 코팅하여 해당 대역의 투과율을 높일 수 있습니다. 또한 게르마늄의 투과율은 온도 변화에 매우 민감하기 때문에(온도가 높아지면 투과율이 감소) 100℃ 이하의 온도에서만 사용할 수 있습니다. 게르마늄의 밀도(5.33g/cm3)는 엄격한 무게 요건을 갖춘 시스템 설계 시 고려됩니다. 게르마늄 윈도우는 투과 범위가 넓고(2-16 μm) 가시 스펙트럼 범위에서 불투명하기 때문에 적외선 레이저 응용 분야에 특히 적합합니다. 게르마늄의 누프 경도는 780으로 불화 마그네슘 경도의 약 2배에 달해 가변 광학의 적외선 분야에 더 적합합니다.
Ge는 Nu의 경도가 높기 때문에 높은 굴절률로 인해 더 높은 강도가 필요한 적외선 시스템에 자주 사용되며 일반적으로 Ge에 투과율 향상 필름으로 도금되며 일반적으로 사용되는 대역은 3 ~ 12um 또는 8 ~ 12um입니다. Ge의 투과율은 가열 될 때 온도가 증가함에 따라 감소하며 엄밀히 말하면 Ge의 최상의 적용을위한 최상의 온도는 환경에서 섭씨 100도 미만이며, 무게에 민감한 시스템에 적용 할 때 설계자는 Ge의 고밀도 특성을 고려하는 것이 좋습니다. 렌즈 크기와 두께의 비율은 가공 비율에 따라, 무게는 설계 요건에 따라 결정해야 합니다. Ge 렌즈와 윈도우는 최대 20/10의 표면 정확도와 최대 λ/10@633nm의 표면 평탄도(렌즈 두께와 직경의 비율은 가공 비율에 따라야 함)로 5 ~ 260mm 직경 범위에서 사용할 수 있습니다.
그림 6 Ge 창 시트
ZnSe 윈도우 시트
ZnSe는 흡수 계수가 낮고 열팽창 계수가 높기 때문에 일반적으로 고출력 CO2 레이저 시스템에서 미러 및 빔 스플리터의 기판 재료로 사용됩니다. 그러나 ZnSe는 상대적으로 부드럽기 때문에(크누프 척도 120) 긁히기 쉬우므로 열악한 환경에서는 사용하지 않는 것이 좋으며, 균일한 힘으로 잡고 청소할 때는 손가락 보호대나 장갑을 착용하는 것이 좋습니다. ZnSe 창 또는 렌즈의 직경은 5 ~ 220mm이며 표면 정확도는 최대 20/10, 표면 평탄도는 최대 λ / 10 @ 633nm (직경에 대한 렌즈 두께의 비율은 가공 비율을 충족해야 함)까지 가능합니다.
그림 7 ZnSe 윈도우 시트
CaF2 윈도우 시트
불화칼슘은 자외선에서 중적외선(250nm~7um)까지 투과율이 높기 때문에 프리즘, 윈도우 및 렌즈 등의 제조에 널리 사용됩니다. 스펙트럼 범위가 넓은 일부 응용 분야에서는 코팅 없이 바로 사용할 수 있으며, 특히 흡수율이 낮고 레이저 임계값이 높아 엑시머 레이저 광학 시스템에 매우 적합합니다. 불화칼슘 렌즈 또는 창, 직경 범위: 5~150mm, 표면 정확도 보통 최대 40/20, 표면 평탄도 최대: λ/10@633nm(렌즈 두께와 직경의 비율은 가공 비율에 따라야 함).
그림 8 CaF2 창 시트
BaF2 윈도우 시트
불화 바륨 결정은 0.13μm~14μm의 파장 범위에서 우수한 투과율로 넓은 범위의 투과율을 가지고 있습니다. 단결정과 다결정은 비슷한 성능을 보이지만 단결정은 생산이 어렵기 때문에 다결정보다 두 배 정도 비쌉니다. 적외선 배전반 창, 푸리에 가스 분석 창, 석유 및 가스 감지, 고출력 레이저, 광학 기기 등에 사용할 수 있습니다. 불화 바륨 렌즈 또는 창에서 직경 범위는: 5~150mm, 표면 정확도는 일반적으로 최대 40/20, 표면 평탄도는 최대 λ/10@633nm(렌즈 두께와 직경의 비율은 처리 비율을 준수해야 함)까지 가능합니다.
광학 윈도우 시트의 일반적인 응용 분야
광학 시스템의 '지능형 감각 인터페이스'인 광학 윈도우 시트는 7가지 핵심 분야에서 기술적 침투를 보여줍니다. 항공 우주 분야에서 허블 망원경의 용융 실리카 창은 130억 광년 떨어진 별빛을 λ/20 표면 정확도로 포착하고 화성 탐사선은 -120°C~+80°C의 극심한 온도 차이에서 파노라마 이미지를 유지하는 사파이어 알루미늄-티타늄 복합 창을 채택하고 있습니다. 자동차 산업에서 LIDAR의 질화 알루미늄 윈도우(투과율 >95%@905nm)는 진동 방지 패키징 기술을 통해 200Hz 스캔 주파수에서 밀리미터 수준의 범위 정확도를 달성합니다. 자동차 산업에서는 진동 방지 캡슐화 기술을 통해 200Hz의 스캐닝 주파수에서 밀리미터 수준의 거리 측정 정확도를 달성하는 LIDAR의 질화 알루미늄 윈도우(투과율 >95%@905nm)를, HUD 헤드업 디스플레이에서는 쐐기형 광학 수지(굴절률 1.53±0.002)를 사용하여 고스트 수차를 제거하고, 의료 내시경에서는 직경 2에 불과한 불화 마그네슘 마이크로 윈도우를 사용하고 있습니다.8mm (생체 적합성 등급 VI)에 항 단백질 흡착 코팅이 장착되어 인체강에서 4K급 이미지 전송을 달성하고, 고에너지 레이저 시스템은 그라데이션 도핑 아연 셀렌화물 창(손상 임계값>5J/cm² @ 10.6μm), 열 유도 위상 보상 알고리즘은 킬로와트 급 레이저의 열 렌즈 효과를 상쇄하고, 가전 분야에서 스마트 폰의 TOF 센서는 나노 임프린트 반사 방지 창 (반사율 <0.3 % @ 850nm)을 채택하고, 스마트 폰 TOF 센서는 나노 임프린트 반사 방지 창 (반사율 <0.3 % @ 850nm)을 채택합니다. 850nm), 스마트 워치의 사파이어 터치스크린은 이온 교환을 통해 모스 경도를 8.5로 높이고, 국방 보안 분야에서는 장갑차의 광전자 마스트에 7밀리미터의 충격에도 견딜 수 있는 붕규산-탄화규소 복합 창을 장착합니다.62mm 장갑 관통 탄환(EN1063 BR7 표준), 잠수함 광전자 시스템은 반구형 아연 황화물 창(60MPa 내압)을 사용하여 수중 잠수함 광전자 시스템은 반구형 아연 황화물 창(60MPa 내압)을 사용하여 100m 수중 광학 정찰을 달성합니다. 이러한 혁신적인 애플리케이션은 광학 창이 수동적인 보호 요소에서 재료 과학, 정밀 광학 및 지능형 알고리즘을 통합하는 능동적인 기능적 캐리어로 진화하여 물리적 세계에 대한 인간의 인식의 차원적 경계를 지속적으로 확장하고 있음을 보여줍니다.
그림 9 테스트 기기용 광학 창
결론
광학 시스템의 핵심 구성 요소인 광학 윈도우의 재료 선택과 성능 설계는 항상 투과율, 기계적 강도 및 환경 적응성의 종합적인 균형을 중심으로 이루어집니다. 용융 실리카, 사파이어, 아연 셀레나이드로 대표되는 소재 시스템은 결정 구조 최적화(예: 고순도 실리카의 자외선 투과율), 표면 코팅 기술(예: 반사 방지 및 부식 방지 도금), 정밀 가공 공정(예: 나노미터 이하의 표면 조도 제어)을 통해 자외선(200nm)부터 장파장 적외선(14μm)까지 전 파장 범위에서 정밀한 광학 적응을 달성했습니다. 항공우주 광학 시스템은 용융 실리카의 낮은 열팽창 계수(0.05×10-⁶/°C)와 심우주 프로브의 이미징 안정성을 보장하기 위한 방사선 저항성, 의료 내시경은 손상 위험을 피하면서 92%의 가시광선 투과율을 유지하기 위해 생체 적합성(ISO 10993 기준)을 갖춘 마그네슘 불화물 윈도우를 사용하는 등 극한의 적용 시나리오에서는 재료 특성과 엔지니어링 요구 사항의 심층적인 매칭이 핵심이 됩니다. 의료용 내시경은 인체 조직에 대한 거부 반응을 피하면서 92%의 가시광선 투과율을 유지하는 생체 적합성 불화 마그네슘 창(ISO 10993 표준 준수)을 채택하고 고에너지 레이저는 아연 셀레나이드 소재의 그라데이션 도핑을 통해 열 렌즈 효과를 억제합니다(손상 임계값>5J/cm²). 현재 기술 시스템은 광학 윈도우의 성능 향상은 재료 과학, 광학 공학 및 정밀 제조의 다학제적 시너지 효과에 의존하며, 교차 분야 응용(심우주 탐사, 생물 의학, 국방 및 보안 등 포함)은 기존 재료 솔루션의 효과를 검증할 뿐만 아니라 복잡한 환경에서 광전자 시스템의 안정적인 작동을 위한 근본적인 지원을 제공한다는 것을 보여줍니다.
스탠포드 어드밴스드 머티리얼즈(Stanford Advanced Materials, SAM)는 첨단 재료 과학과 정밀 엔지니어링을 통해 고성능 광학 윈도우 시트를 전문적으로 생산합니다. 다양한 애플리케이션을 위한 우수한 광 투과율, 기계적 강도 및 환경 복원력을 보장하는 맞춤형 솔루션을 제공합니다.
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