آشنایی با انواع شیشه‌های اپتیکی و برندهای معتبر در طراحی‌های نوری
در هر سیستم اپتیکی دقیق، کیفیت و ویژگی‌های ماده‌ی تشکیل‌دهنده‌ی اجزای نوری مانند لنز، منشور یا پنجره‌ی نوری، نقش تعیین‌کننده‌ای ایفا می‌کند. در این میان، شیشه‌های اپتیکی (Optical Glasses) به‌عنوان مواد پایه در طراحی و ساخت المان‌های نوری، دارای تنوع گسترده‌ای از نظر ترکیب شیمیایی، رفتار نوری، و پایداری محیطی هستند. این مواد به دو گروه اصلی شیشه‌های معدنی (Inorganic) و پلیمرهای اپتیکی (Polymeric) تقسیم می‌شوند.
انواع شیشه‌های اپتیکی
۱. شیشه‌های معدنی (Inorganic Optical Glasses)
شیشه‌های معدنی، کلاسیک‌ترین و گسترده‌ترین دسته‌ی مواد اپتیکی‌اند که از ترکیب اکسیدهای فلزی مانند سیلیس (SiO₂)، بورات، فسفات، لانتانیدها، ایتریا و دیگر افزودنی‌های نوری ساخته می‌شوند. این شیشه‌ها در طراحی اپتیکی به‌خاطر تنوع گسترده در ضریب شکست (n) و عدد آبه (Vd) کاربرد دارند. از مزایای آن‌ها می‌توان به:
- ثبات حرارتی و مکانیکی بالا
- شفافیت طیفی در بازه‌ی وسیع (از UV تا IR)
- امکان پوشش‌دهی ضد بازتاب و پالایشی دقیق
اشاره کرد.
شیشه‌های معدنی در گروه‌های مختلفی طبقه‌بندی می‌شوند، نظیر:
- کرون‌ها (Crown Glasses): با ضریب شکست پایین و عدد آبه بالا
- فلینت‌ها (Flint Glasses): با ضریب شکست بالا و عدد آبه پایین
- شیشه‌های کم‌پاشنده (Low Dispersion / ED Glasses): برای کاهش ابیراسیون کروماتیک
- شیشه‌های خاص (High Refractive, IR-transmitting, Radiation Resistant, etc)
۲. پلیمرهای اپتیکی (Optical Polymers)
پلیمرهای اپتیکی به‌ویژه در طراحی سامانه‌های سبک وزن، کاربردهای پرتاب‌پذیر (مانند پهپاد و فضاپیما)، یا اجزای یکبار مصرف پزشکی، اهمیت پیدا کرده‌اند. پلیمرهایی نظیر PMMA (آکریلیک)، Polycarbonate و COP/COC می‌توانند در قالب‌گیری‌های دقیق و با صرفه‌جویی اقتصادی تولید شوند. گرچه خواص نوری آن‌ها در مقایسه با شیشه‌های معدنی محدودتر است (مثلاً عدد آبه کمتر یا حساسیت حرارتی بیشتر)، اما در کاربردهایی مانند تولیدات یکبار مصرف، سنسورهای سبک و ادوات قابل حمل، بسیار مفیدند.
بزرگ‌ترین شرکت‌های تولیدکننده شیشه‌های اپتیکی
تأمین شیشه‌های اپتیکی با کیفیت بالا نیازمند تبحر در ترکیب مواد، تصفیه و قالب‌گیری با تلرانس‌های دقیق اپتیکی است. در حال حاضر، برندهای زیر جزو برترین و معتبرترین تولیدکنندگان شیشه‌های اپتیکی در جهان هستند
- Schott AG (آلمان) : یکی از قدیمی‌ترین و پیشروترین شرکت‌ها در تولید شیشه‌های اپتیکی با ده‌ها سری مختلف مانند N-BK7، N-SF11، N-LASF31 و … که استاندارد طراحی بسیاری از سیستم‌های نوری شده‌اند. کاتالوگ کامل آن در Zemax در دسترس است.
- Ohara Corporation (ژاپن) : یکی از رقبای اصلی Schott با تنوع بالا در شیشه‌های با ضریب شکست بالا، پراکندگی کنترل‌شده و کاربردهای IR. سری‌هایی مانند S-LAH، S-TIH و E-FDS از محصولات شاخص آن هستند.
- CDGM (چین) : بزرگ‌ترین تولیدکننده شیشه‌های اپتیکی در چین با طیف گسترده‌ای از مواد قابل رقابت با Schott و Ohara. در بسیاری از پروژه‌های صنعتی و اقتصادی، به دلیل قیمت مناسب و کیفیت قابل قبول، مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسیاری از شیشه‌های CDGM در Zemax موجودند.
- Hoya (ژاپن) : هرچند در سال‌های اخیر تمرکز Hoya به حوزه‌های تصویربرداری پزشکی و عدسی‌های بینایی تغییر یافته، اما سابقه طولانی در تولید شیشه‌های نوری برای طراحی‌های کلاسیک دارد.
کاتالوگ‌های مواد اپتیکی در Zemax
نرم‌افزار Zemax OpticStudio به‌عنوان یکی از جامع‌ترین پلتفرم‌های طراحی اپتیکی، database مواد بسیار وسیعی دارد. این بانک اطلاعاتی، به‌صورت پیوسته با همکاری شرکت‌های تولیدکننده، بروزرسانی می‌شود و شامل:
- مشخصات طیفی کامل (n(λ) و Vd)
- داده‌های وابستگی حرارتی
- اطلاعات ضریب عبور، جذب و ابیراسیون
برای برندهایی نظیر Schott, Ohara, CDGM, Hikari, Sumita و حتی شرکت‌هایی با محصولات پلی‌کربنات یا آکریلیک می‌باشد.
جمع‌بندی
انتخاب درست ماده‌ی اپتیکی یکی از مهم‌ترین مراحل در طراحی سیستم‌های نوری است. بدون شناخت صحیح از خواص اپتیکی، مکانیکی و محیطی شیشه‌ها، حتی طراحی‌های پیچیده نیز با افت عملکرد مواجه خواهند شد. تسلط بر بانک‌های اطلاعاتی Zemax و آشنایی با برندهای تولیدکننده شیشه، به طراح این امکان را می‌دهد که بهترین مصالح نوری را با توجه به نیاز پروژه انتخاب کرده و ابیراسیون‌ها، انتقال طیفی و تحمل حرارتی سیستم را بهینه کند.
