Verre Optique

Spécifications de Verre Optique

La selection d'un verre optique est important puisque les différents verres ont des caractéristiques différents. Edmund Optics^® offre une grande variété de types de verre qui peuvent être sélectionnés selon les caractéristiques suivants.

L'indice de réfraction et le nombre d'Abbe d'un verre sont typiquement utilisés par les concepteurs comme paramètres pendant la conception d'un système. L'indice de réfraction fait référence au rapport de la vitesse de la lumière dans un vacuum à la vitesse de la lumière dans un matériau spécifique à une longueur d'onde spécifique, tandis que le nombre d'Abbe quantifie la dispersion (variation dans l'indice) pour une gamme spectrale spécifique. Par exemple, une indice de réfraction plus élevée généralement réfracte la lumière plus efficacement donc on a moins besoin de courbature dans la lentille. L'aberration sphérique est moins présente dans les lentilles ayant les indices de réfraction plus élevées, parce que la lumière se propage plus vite dans les matériaux ayant les indices de réfraction plus bas. En plus, certains types de verre ont des régions de longueurs d'onde de transmission différentes.

La densité d'un verre aide à déterminer le poids d'une assemblée optique, et, avec le diamètre de la lentille, devient critique pour les applications sensibles à poids. La densité dénote aussi la maniabilité du verre et elle est plutôt proportionnelle au coût du matériel. En traitant des applications impliquant des températures extrêmes et des différentiels de température vites, le coefficient d'expansion thermique devient un facteur clé. Les concepteurs opto-mécaniques doivent en tenir compte en concevant des assemblées optiques.

Plusieurs fabricants de verre offrent les mêmes caractéristiques de matériel sous différents noms et la plupart ont modifié leurs produits et procédures afin d'être bons pour l'environnement (libres de plomb et d'arsenic).

Table 1: Verres Optiques Équivalents
Nom du Verre Optique Listé	Numéro du Verre	Équivalent Schott	Équivalent Ohara	Équivalent CDGM"
N-BK7	517/642	N-BK7	S-BSL7	H-K9L
N-K5	522/595	N-K5	S-NSL 5	H-K50
N-PK51	529/770	N-PK51	–	–
N-SK11	564/608	N-SK11	S-BAL 41	H-BaK6
N-BAK4	569/561	N-BAK4	S-BAL 14	H-BaK7
N-BAK1	573/576	N-BAK1	S-BAL11	H-BaK8
N-SSK8	618/498	N-SSK8	S-BSM 28	–
N-PSK53A	618/634	N-PSK53A	S-PHM52	–
N-F2	620/364	N-F2	S-TIM 2	H-F4
S-BSM18	639/554	–	S-BSM18	H-ZK11
N-SF2	648/338	N-SF2	S-TIM 22	H-ZF1
N-LAK22	651/559	N-LAK22	S-LAL54	H-LaK10
S-BAH 11	667/483	–	S-BAH 11	H-ZBaF16
N-BAF10	670/472	N-BAF10	S-BAH 10	H-ZBaF52
N-SF5	673/322	N-SF5	S-TIM 25	H-ZF2
N-SF8	689/312	N-SF8	S-TIM 28	H-ZF10
N-LAK14	697/554	N-LAK14	S-LAL14	H-LAK51
N-SF15	699/301	N-SF15	S-TIM35	H-ZF11
N-BASF64	704/394	N-BASF64	–	–
N-LAK8	713/538	N-LAK8	S-LAL8	H-LAK7
S-TIH 18	722/293	–	S-TIH 18	–
N-SF10	728/284	N-SF10	S-TIH 10	H-ZF4
N-SF4	755/276	N-SF4	S-TIH4	H-ZF6
N-SF14	762/265	N-SF14	S-TIH 14	–
N-SF11	785/258	N-SF11	S-TIH 11	H-ZF13
SF65A	785/261	SF65A	S-TIH23	–
N-LASF45	800/350	N-LASF45	S-LAM66	H-ZLaF66
N-LASF44	803/464	N-LASF44	S-LAH 65	H-ZLaF50B
N-SF6	805/254	N-SF6	S-TIH 6	H-ZF7LA
N-SF57	847/238	N-SF57	S-TIH 53	H-ZF52
N-LASF9	850/322	N-LASF9	S-LAH71	–
S-NPH2	923/189	–	S-NPH2	–
N-SF66	923/209	N-SF66	–	–

Propriétés Verre Optique

Aujourd'hui, la qualité d'un verre optique est une suppostion fondamentale faîte par les concepteurs optiques. Il y a presque 125 ans, Otto Schott commenca une révolution en recherchant et développant systématiquement des compositions de verre. Son travail de développement et le procédé de production ont amené la fabrication du verre a ce qu'elle est de nos jours. Désormais les propriétés des verres optiques sont prédites, reproductibles et homgènes – propriétés essentielles d'un matériau. Les propriétés fondamentales caractérisant un verre sont les suivantes :

Indice de Réfraction

L'indice de réfraction est le rapport de la vitesse de la lumière en chambre à la vitesse de la lumière dans un spécifique matériau. L'indice de réfraction pour des verres optiques, $ \small{n_d} $, est spécifié à la longueur d'onde de l'Hélium-Néon (raie 587,6 nm). Les matériaux avec un faible indice sont généralement référés aux 'crowns' alors que les matériaux avec un indice élevé sont référés aux 'flints'. La tolérance typique d'un indice de réfraction pour les composants se trouvant dans notre catalogue est ±0,0005.

Dispersion

La dispersion est la description d'une variation de l'indice de réfraction en fonction de la longueur d'onde. Elle est spécifiée en utilisant le Nombre d'Abbé, $ \small{v_d} $, définit comme $ \frac{\small{ \left( n_d - 1 \right)}}{\left( n_F - n_C \right)} $ where $ \small{n_F} $ ou nf et nc sont les indices de réfraction à 486,1 nm (Raie F Hydrogène) et 656,3 nm (Raie C Hydrogène). Un faible nombre d'Abbé indique une haute dispersion. Les verres Crown tendent d'avoir de plus faibles dispersion que les Flints. Une tolérance typique du Nombre d'Abbé pour les composants se trouvant dans notre catalogue est ±0,8 %.

Transmission

Les verres optiques standards offrent une haute transmission sur la globalité du spectre visible et au delà dans les gammes du proche UV et proche IR. Les verres Crown tendent d'avoir une meilleure transmission dans le Proche UV que les verres Flint. Les verres Flint, du fait de leurs indices élevés, offrent de plus grandes pertes de réflexion Fresnel et devraient par conséquent toujours être spécifiés avec un traitement antireflet.

Sample Optical Glass Transmittance Curve

Figure 1: Exemples des Courbes de Transmittance Verre Optique

Propriétés Additionnelles

Lors de la conception d'une optique qui sera utilisée dans un environnement extrême il est important de réaliser que chaque verre optique aura différentes propriétés chimiques, thermiques et mécaniques. Ces propriétés peuvent se trouver sur la documentation du verre.

Table 2: Les Données Essentielles pour tous Types de Verre.
Verre	Indice de Réfraction , $ \left( \small{n_d} \right) $	Nombre d'Abbe, $ \left( \small{ v_d} \right) $	Densité $\left[ \small{ \tfrac{\text{g}}{\text{cm}^3}} \right] $	Coeff. d'Expansion Thermique*	Température Max. d'Utilisation $\left( ^{\small{\text{o}}} \small{ \text{C}} \right) $
CaF₂	1.434	95.10	3.18	18.85	800
Silice Fondue	1.458	67.70	2.20	0.55	1000
Schott BOROFLOAT®	1.472	65.70	2.20	3.25	450
S-FSL5	1.487	70.20	2.46	9.00	457
N-BK7	1.517	64.20	2.46	7.10	557
N-K5	1.522	59.50	2.59	8.20	546
B270/S1	1.523	58.50	2.55	8.20	533
Schott ZERODUR®	1.542	56.20	2.53	0.05	600
N-SK11	1.564	60.80	3.08	6.50	604
N-BAK4	1.569	56.10	3.10	7.00	555
N-BaK1	1.573	57.55	3.19	7.60	592
L-BAL35	1.589	61.15	2.82	6.60	489
N-SK14	1.603	60.60	3.44	7.30	649
N-SSK8	1.618	49.80	3.33	7.10	598
N-F2	1.620	36.40	3.61	8.20	432
BaSF1	1.626	38.96	3.66	8.50	493
N-SF2	1.648	33.90	3.86	8.40	441
N-LAK22	1.651	55.89	3.73	6.60	689
S-BaH11	1.667	48.30	3.76	6.80	575
N-BAF10	1.670	47.20	3.76	6.80	580
N-SF5	1.673	32.30	4.07	8.20	425
N-SF8	1.689	31.20	4.22	8.20	422
N-LAK14	1.697	55.41	3.63	5.50	661
N-SF15	1.699	30.20	2.92	8.04	580
N-BASF64	1.704	39.38	3.20	9.28	582
N-LAK8	1.713	53.83	3.75	5.60	643
N-SF18	1.722	29.30	4.49	8.10	422
N-SF10	1.728	28.40	3.05	7.50	454
S-TIH13	1.741	27.80	3.10	8.30	573
N-SF14	1.762	26.50	4.54	6.60	478
Saphir**	1.768	72.20	3.97	5.30	2000
N-SF11	1.785	25.80	5.41	6.20	503
N-SF56	1.785	26.10	3.28	8.70	592
N-LASF44	1.803	46.40	4.46	6.20	666
N-SF6	1.805	25.39	3.37	9.00	605
N-SF57	1.847	23.80	5.51	8.30	414
N-LASF9	1.850	32.20	4.44	7.40	698
N-SF66	1.923	20.88	4.00	5.90	710
S-LAH79	2.003	28.30	5.23	6.00	699
ZnSe	2.403	N/A	5.27	7.10	250
Silicium	3.422	N/A	2.33	2.55	1500
Germanium	4.003	N/A	5.33	6.10	100

*$ \tfrac{10^{-6}}{\small{^{\text{o}}} \text{C}} $
**Saphir est un matériau biréfringent. Toutes les spécifications correspondent aux parallèles à l'axe C.

Sélection d'un Verre Optique

Figure 2: Diagramme d'Abbe avec le coefficient de dilatation thermique et la dispersion partielle relative

Les systèmes optiques nécessitent d'être optimisés pour l'obtention de caractéristiques fonctionnelles. Les abérrations géométriques et de couleur peuvent être compensées uniquement par l'utilisation de plusieurs types de verre. Dans la majorité des cas trois verres ou plus sont utilisés. Les besoins optiques sont différents pour chaque application, d'ou la nécessité de plusieurs verres. De façon générales ils sont indiqués dans un diagramme appelé le diagramme d'Abbé : indice de réfraction versus dispersion.

Le diagramme d'Abbé, introduit premièrement par SCHOTT en 1923, est une révelation dans l'industrie du verre. Les types de verre sont donnés dans un système de deux coordonnées, indiquant le Nombre d'Abbé $ \small{ \left(v_d \right) } $ sur l'axe x et l'indice de réfraction $ \small{ \left(n_d \right) } $ sur l'axe y. L'axe x est en direction inversée avec les nombres augmentant sur le côté gauche.

Dans le diagramme d'Abbé, les matériaux des verres sont divisés en différentes dénominations telles que BK, SK, F, SF, etc. Ces 'familles de verre' correspondent aux régions dans le diagramme d'Abbé définies par les raies bleues. Il y a une raie majeure qui sépare les types de verre crown (dernière lettre K de l'Allemande 'Kron' pour crown) et flint (dernière lettre F). Cette ligne commence de haut en bas au nombre Abbé 55, indice de réfraction 1,60 puis au Nombre d'Abbé 50, et continu jusqu'au haut du diagramme.

Les lettres primaires dans le nom du verre caractérisent un important élément chimique : F-Fluorine, P-Phosphore, B-Boron, BA-Barium, LA-Lanthanium. Déviant de cette règles sont les types de verres crown et flint qui progressent de K (Kron) à KF (Kronflint) à flintss. LLF (flint très léger), LF (flint léger), F (flint) et SF (Schwerflint, lourd flint). Une autre déviation sont les types de verers SK (lourd crown) et SKK (le plus lourd crown), LAK, LAF, LASF étant pour le Lanthanium crown, flint et dense flint respectivement.

Ressources

Note d’application