Оптические материалы
Применение в конструкции прибора
Необходимой частью фотоэлектронного прибора являются составляющие его конструкции, отвечающие за преобразование излучения и защиту чипа от воздействий внешних факторов. Эти части конструкции изготавливаются из оптических материалов.
На рис. 1 представлены основные варианты размещения конструктивных элементов из оптических материалов.
 |
Рис. 1
Элемент 1: повышение эффективности вывода излучения из чипа и защита чипа и контактных проволочных соединений, если они имеются, от внешних воздействий.
Элемент 2: формирование диаграммы направленности (если прибор – излучатель) или концентрация падающего света на активной области чипа (если прибор – приемник излучения).
Элемент 3: формирование диаграммы направленности (излучатель) или концентрация падающего света на активной области чипа (приемник излучения).
Элемент 4: повышение эффективности вывода излучения из чипа, а также защита чипа и контактных проволочных соединений (при наличии).
Если требуется кроме излучения чипа получить излучение другого спектра или расширить спектр падающего излучения, в слой 1 добавляют преобразующий излучение материал, например, люминофор.
Распространено применение следующих материалов.
Для элементов 1 и 2: эпоксидная смола или силикон.
Для элемента 4: силикон с пониженной твердостью и высокой эластичностью.
Для элемента 3: полиметилметакрилат, поликарбонат, стекло или кварц.
Параметры оптических материалов
Коэффициент преломления (показатель преломления) показывает способность слоя из данного материала уменьшать потери энергии излучения, обусловленные влиянием эффекта полного внутреннего отражения.
Коэффициент пропускания демонстрирует способность слоя из рассматриваемого материала пропускать излучение определенной длины волны.
Вязкость определяет способность оптического материала к растеканию и способность к удержанию частиц люминофора или другого преобразующего материала в процессе изготовления прибора.
Твердость является характеристикой материала после изготовления прибора, в ходе его службы. Она показывает устойчивость материала к внешним воздействиям. Для измерения твердости оптических материалов применяется шкала Шора. Твердость материала можно считать низкой, если ее значение относится к классу 00, средней – к классу А, и высокой – к классу D по Шору.
Удлинение на разрыв (эластичность) показывает способность части конструкции, сделанной из конкретного материала, растягиваться или сжиматься с восстановлением изначальной формы без появления дефектов (трещин, разрывов).
Технология применения
Дозирование оптических материалов
Дозирование представляет собой контролируемое нанесение материала в виде вязкой жидкости. Рабочий модуль дозатора (инструмент нанесения) по своей конструкции похож на обычный шприц. Нужное давление может устанавливаться и регулироваться с помощью редуктора, механического линейного движителя или системы микронасосов и клапанов.
После нанесения на корпус фотоэлектронного прибора необходимого количества материала проводится полимеризация. Полимеризация, как правило, представляет собой сушку при определенной температуре (от 150 до 200 °С) на воздухе.
 |
а) б)
Рис. 2
Литье под давлением
Эта технология также называется инжекционное литье, поскольку избыточное давление материала на входе в литьевую форму создается инжектором. Метод применяется для изготовления элементов конструкции, от которых требуется точное соответствие заданной форме, в первую очередь, разнообразных линз. После заполнения формы оптическим материалом, проводят его полимеризацию (сушку).
 |
Рис. 3
Выбор оптического материала
Выбор материала определяется не только его техническими характеристиками и соответствием выбранной технологии, но и такими аспектами, как надежность и совместимость с другими материалами.
При рассмотрении материала на предмет надежности имеет смысл проверить его механическую и деградационную стойкость.
Несовместимость по причинам, характеризующимся физико-механическими или оптическими закономерностями, выражается в образовании на границе двух материалов отражающих поверхностей или пузырей. Результат химической несовместимости проявляется в виде неполной полимеризации материалов.