Qu'est-ce qu'une fenêtre optique et comment l'utiliser ?
Qu’est-ce qu’une fenêtre optique ?
Qu’est-ce qu’une fenêtre optique et comment l’utiliser ? Les experts d’Optics Concept vous expliquent tout ce qu’il y a à savoir sur les fenêtres optiques et leurs applications.
Une fenêtre optique est un substrat optiquement plat, qui est utilisé pour séparer deux environnements différents, tout en laissant passer la lumière. On distingue deux types des fenêtres optiques :
- Parallèles : utilisés pour minimiser la distorsion d’un faisceau de lumière transmis d’une longueur d’onde spécifique
- Prismatique: utilisés pour diriger la lumière transmise à un angle spécifique et réduire la réflexion arrière
Les fenêtres optiques sont conçues pour fonctionner dans tous les domaines du spectre UV-VIS-IR et sont composées de substrats différents. Le choix de substrat dépend de plusieurs facteurs, notamment la transmission des matériaux, l’index de réfraction, la dureté, la dilatation thermique ou la résistance chimique.
Comment bien choisir une fenêtre optique ?
Pour bien choisir une fenêtre optique, il faut prendre en compte un certain nombre de facteurs. Ceux-ci déterminent l’efficacité d’une fenêtre optique dans une application donnée, mais établissent également les coûts de fabrication.
Choix d'un bon matériau
Il est essentiel de spécifier le bon matériau pour la fenêtre optique. Les facteurs à considérer incluent la quantité de transmission requise dans une zone de particulière de spectre, l’indice de réfraction et le coefficient de dilatation thermique.
Déterminer la forme et la taille optimale
Les fenêtres optiques peuvent prendre presque toutes les formes pour s’adapter à une application spécifique. Toutefois, une forme ronde peut donner un degré de planéité de surface plus élevé qu’une forme carrée ou rectangulaire. Le rapport hauteur / largeur joue également un rôle important. Plus celui-ci est proche de 6:1 plus il sera facile d’obtenir un degré de planéité de surface plus élevé et moins la pièce pourra se fléchir ou se plier.
Etablir la précision correcte pour une application donnée
Les fenêtres optiques sont disponibles pour une large gamme de précisions, de la qualité commerciale au polissage de précision. Les fenêtres optiques utilisées comme les ports de vue par exemple, ne nécessitent pas un degré élevé de planéité. En revanche, les applications de précisions nécessitent une fenêtre optique polies avec précision à un degré élevé de planéité pour laisser passer la lumière avec peu ou pas de distorsion.
Affiner les tolérances
Dans certains cas, les fenêtres optiques peuvent nécessiter des tolérances serrées. Plus les tolérances sont étroites (longueur, largeur, épaisseur), plus il est necessaire d'avoir une définition correcte des tolérances ce qui vous permettra de faire gagner du temps de fabrication et réduire vos coûts.
Spécifier la rayure et le creusement corrects
Les spécifications de rayure et d’excavation sont généralement exprimées en utilisant MIL-PRF-13830B et sont utilisées pour classer les défauts cosmétiques dans une surface optique ou un revêtement. On définit une rayure comme tout marquage ou déchirure de la surface, alors qu’une fouille désigne toute tâche ou fosse rugueuse à la surface d’une optique.
Ces imperfections de la surface peuvent déformer la lumière traversant la fenêtre. Pour choisir une fenêtre adaptée (commerciale ou de précision) nécessite donc une bonne compréhension de votre application. Choisir le bon numéro de scratchs et de creusés peut vous faire gagner du temps et de l’argent.
Définir le coin
Le coin peut être induit dans une fenêtre optique pour réduire l’interférence des réflexions entre les surfaces avant et arrière. Il permet également de séparer et diriger la lumière transmise à un angle particulier. Ce coin est défini en minutes d’arc (une mesure angulaire qui est de 1/60e de degré) ou secondes d’arc où 60 secondes d’arc est égal à 1 arc minute.
Choisir le revêtement de la fenêtre optique
Les fenêtres optiques peuvent être livrées avec ou sans revêtement antireflet. Les revêtement antireflets standards incluent le MgF2 ou un BBAR (antireflet bande large). Les revêtements antireflets aident à améliorer la transmission et à éliminer les images fantôme.
Les applications des fenêtres optiques
Les fenêtres optiques sont souvent utilisées pour protéger les systèmes optiques et les capteurs électroniques d’un environnement extérieur. Voici quelques exemples d’application des fenêtres optiques.
Astronomie
La fenêtre optique fait partie de spectre électromagnétique, qui traverse l’atmosphère jusqu’au sol. Elle laisse passer qu’une sélection étroite des ondes, la fenêtre s’étendant environ à 300 nanomètres.
Physique médicale
La fenêtre optique est la partie du spectre visible et infrarouge, où les tissus vivants absorbent relativement peu de lumière. Cette fenêtre s’étend approximativement de 650 à 1200 nanomètres. A des longueurs d’onde plus courtes, la lumière est absorbée par l’hémoglobine dans le sang, alors qu’à des longueurs d’onde plus longues la lumière infrarouge est absorbée par l’eau.
Optique
Une fenêtre optique laisse entre la lumière dans un instrument optique ou un morceau de transparent et elle peut être intégrée à un équipement (comme une chambre à vide), afin de permettre aux instruments optiques de voir à l’intérieur de cet équipement.
Spectroscopie
Dans le domaine de la spectroscopie UV / VIS, on utilise généralement les fenêtres optiques en verre ou en silice fondue. Il existe ainsi une large gamme de matériaux du fluorure de baryum (BaF2), du germanium (Ge), du séléniure de zinc (ZnSe) et du saphir, qui transmettent la lumière dans l’infrarouge lointain. Les fenêtres optiques de ce type sont construites dans les configurations circulaires ou rectangulaires.
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