Подробное объяснение моделей из кварцевого стекла: JGS1/JGS2/JGS3 и JGS1/JGS2/JGS3. ZS/KS/HS — различия и руководство по выбору

При проектировании оптических систем, полупроводниковой техники и лазерных приборов выбор материалов зачастую напрямую влияет на общую производительность всего устройства. Среди них кварцевое стекло, благодаря своему превосходному светопропусканию и термостойкости, стало незаменимым основным материалом в сфере производства высокого класса. Однако многие инженеры обнаруживают, что при выборе моделей на рынке существуют различные методы маркировки, такие как JGS1, JGS2, JGS3, а также ZS, KS, HS и т. д., что затрудняет их различение на первый взгляд. В этой статье будут систематически изучаться соответствующие взаимосвязи между этими моделями с трех точек зрения: спектральные характеристики, производственные процессы и эволюция стандартов.

1. Спектральные характеристики и типичные применения JGS1, JGS2 и JGS3.

Серия JGS является наиболее широко используемым общим названием в отрасли. Эта система наименования делит оптическое кварцевое стекло на три категории, каждая из которых оптимизирована для разных рабочих длин волн.

Кварцевое стекло JGS1 специально разработано для дальнего ультрафиолетового диапазона длин волн, его эффективный диапазон светопропускания охватывает от 185 до 2500 нанометров. При длине волны 185 нанометров его коэффициент пропускания может достигать 90%, что делает его предпочтительным материалом для высококачественных оптических систем, таких как литография в глубоком ультрафиолете и передача ультрафиолетового лазера. С точки зрения внутренней структуры, JGS1 почти не содержит пузырьков и имеет чрезвычайно низкое содержание примесей, при этом чистота материала является самой высокой среди трех моделей. Однако следует отметить, что содержание гидроксильных групп в нем относительно высокое, что может приводить к появлению дополнительных пиков поглощения в некоторых инфракрасных приложениях. В целом, если ваше оборудование работает в диапазоне глубокого ультрафиолета, JGS1 — один из наиболее зрелых вариантов, доступных сегодня на рынке.

Диапазон светопропускания кварцевого стекла JGS2 составляет от 220 до 2500 нанометров. Он показывает отличные характеристики передачи как в ультрафиолетовом, так и в видимом диапазоне света, но общая скорость передачи немного ниже, чем у JGS1. Преимущество этого материала заключается в его экономичности. Он подходит для использования в оптических приборах среднего и высокого класса, промышленном инспекционном оборудовании и т. д., к которым предъявляются определенные требования к производительности, но ограниченный бюджет. JGS2 производится методом водородно-кислородной плавки и содержит внутри структуру микрочастиц, а также небольшое количество металлических примесей. Для большинства промышленных оптических систем эти различия находятся в пределах допустимого диапазона, тогда как экономическое преимущество весьма очевидно.

Кварцевое стекло JGS3 разработано для инфракрасного диапазона длин волн, его рабочий диапазон составляет от 260 до 3500 нанометров. В отличие от двух предыдущих моделей, JGS3 не имеет четко выраженной полосы поглощения в диапазоне от 2600 до 2800 нанометров, а его коэффициент пропускания инфракрасного излучения остается выше 85%, что делает его очень подходящим для таких приложений, как тепловизоры, оборудование для измерения инфракрасной температуры и оптические пути CO2-лазеров. Содержание гидроксила в JGS3 чрезвычайно низкое, что гарантирует, что на него не влияет поглощение гидроксила в инфракрасном диапазоне длин волн. Однако внутри может быть небольшое количество крошечных пузырьков и структур частиц. Если ваша рабочая длина волны в основном попадает в инфракрасный диапазон, JGS3 — надежный вариант, проверенный в ходе долгосрочного рыночного тестирования.

2. Процессы изготовления и существенные различия различных видов кварцевого стекла.

Почему JGS1, JGS2 и JGS3, будучи кварцевым стеклом , демонстрируют такие значительные различия в спектральных характеристиках? Ответ кроется в их производственных процессах. Различные технологии производства определяют внутреннюю структуру материалов, содержание примесей и конечный применимый диапазон длин волн.

Оптическое кварцевое стекло JGS1 производится с использованием процесса химического осаждения тетрахлорида кремния. В этом процессе в качестве сырья используется газообразный тетрахлорид кремния высокой чистоты, который гидролизуется в водородно-кислородном пламени, а затем осаждается для формирования формы. Поскольку сырье находится в газообразной форме, оно почти не содержит твердых примесей, поэтому внутри готового продукта практически нет пузырьков, а содержание металлических примесей можно контролировать на крайне низком уровне. Однако побочными продуктами процесса химического осаждения является большое количество гидроксильных групп, которые остаются в материале. Это основная причина, почему JGS1 хорошо работает в ультрафиолетовом диапазоне, но имеет пики поглощения в инфракрасном диапазоне.

Ультрафиолетовое кварцевое стекло JGS2 производится методом водородно-кислородной плавки. В этом процессе в качестве сырья используется природный кварцевый песок или дробленый кварц, который плавится непосредственно в водородно-кислородном пламени. Поскольку само сырье содержит определенное количество металлических примесей, а в процессе плавки могут смешиваться загрязняющие вещества из окружающей среды, содержание металлических примесей в JGS2 выше, чем в JGS1. В то же время внутри него существует определенная граничная структура частиц, и его оптическая однородность несколько уступает. Однако содержание гидроксила в JGS2 намного ниже, чем в JGS1, что обеспечивает хорошие характеристики передачи в диапазоне от ультрафиолета до видимого света и в то же время не влияет на применение в инфракрасном диапазоне, как JGS1, из-за чрезмерного содержания гидроксила.

Инфракрасное кварцевое стекло JGS3 изготавливается методом вакуумной электросварки. В этом процессе кварцевый песок высокой чистоты помещается в вакуумную среду и непосредственно плавится электрическим нагревом, а затем медленно охлаждается до образования формы. Поскольку во всем процессе не участвует водородно-кислородное пламя, в материал попадает очень мало гидроксильных групп, поэтому содержание гидроксила в JGS3 чрезвычайно низкое, что делает его очень подходящим для требований передачи инфракрасного диапазона. Однако стоимость метода вакуумной электросварки заключается в том, что примеси газов, изначально присутствующие в кварцевом песке, не могут быть полностью удалены в вакуумной среде и могут образовывать крошечные пузырьки внутри материала. При этом исходные границы между частицами кварца также могут частично сохраняться в виде частицевых структур. Хотя эти микроскопические дефекты не влияют на пропускание в инфракрасном диапазоне, они будут иметь некоторое рассеяние в видимой области света.

3. Эволюция отечественных стандартов кварцевого стекла: от JGS до ZS/KS/HS.

Когда многие специалисты по закупкам вступают в контакт с кварцевым стеклом, они обнаруживают, что помимо серии JGS существуют также такие марки, как ZS, KS и HS. Это не две разные системы материалов, а скорее соглашения об именах, принятые стандартом китайской промышленности строительных материалов JC/T 185 в разные исторические периоды. Понимание этой истории развития полезно при просмотре старых чертежей или общении с поставщиками разных эпох, поскольку оно позволяет точно определить требования к материалам.

Самая ранняя версия стандарта 1981 года классифицировала оптическое кварцевое стекло в соответствии с применяемым спектральным диапазоном на три категории: оптическое кварцевое стекло для дальнего ультрафиолета (JGS1), кварцевое стекло для ультрафиолетового оптического излучения (JGS2) и кварцевое стекло для инфракрасного оптического излучения (JGS3). Эта версия произвела глубокое впечатление. Хотя стандарт был отменен, названия серии JGS по-прежнему часто встречаются в промышленных чертежах, заказах и технической коммуникации из-за их широкого распространения и длительного использования. Многие инженеры старшего возраста признают только обозначения JGS1, JGS2 и JGS3 и незнакомы с более поздними ZS, KS и HS.

Версия стандарта 1996 года еще больше уточнила классификацию, изменив ее на: оптическое кварцевое стекло для дальнего ультрафиолета (ZS-1), кварцевое стекло для оптического ультрафиолета (ZS-2), кварцевое стекло для видимого оптического диапазона (KS) и кварцевое стекло для инфракрасного оптического диапазона (HS). На этом этапе область видимого света была выделена в отдельную категорию (КС), что отражало все более высокие требования к полосовой избирательности в оптических устройствах того времени. В рамках этой системы серия ZS охватывает ультрафиолетовую область, KS соответствует области видимого света, а HS соответствует инфракрасной области. Следует отметить, что в этой версии было две подкатегории, ZS-1 и ZS-2, соответствующие JGS1 и JGS2 исходной системы соответственно.

Текущая версия стандарта 2013 года реорганизовала категории в три типа: кварцевое стекло с ультрафиолетовым оптическим излучением (ZS), кварцевое стекло с видимым оптическим излучением (KS) и кварцевое стекло с инфракрасным оптическим излучением (HS). По сравнению с версией 1996 года наиболее значительным изменением является исключение подкатегорий ZS-1 и ZS-2, которые были объединены как ZS. Кроме того, код JGS больше не появляется в стандартном тексте. Это привело к ситуации двойного наименования на текущем рынке: для одного и того же материала на старых чертежах он мог быть написан как JGS1, что соответствует ZS в текущем стандарте, в то время как поставщики могут просто называть его кварцевым стеклом ультрафиолетового класса.

4. Рекомендации по выбору: как выбрать подходящее кварцевое стекло в зависимости от сценария применения.

Из предыдущего анализа видно, что серия JGS и серия ZS/KS/HS — это, по сути, разные названия одного и того же материала в разных стандартных версиях. При фактическом выборе более важно определить подходящую модель кварцевого стекла на основе конкретного рабочего диапазона длин волн, а не зацикливаться на самом названии.

Если ваше оборудование работает в ультрафиолетовом диапазоне длин волн, особенно в области глубокого ультрафиолета, рекомендуется отдать приоритет кварцевому стеклу JGS1 или ультрафиолетовому оптическому кварцевому стеклу серии ZS. Эти материалы имеют самый высокий коэффициент пропускания в коротковолновом диапазоне и строжайший контроль примесей, что делает их основным выбором для таких применений, как ультрафиолетовая литография, ультрафиолетовая стерилизация и передача ультрафиолетового лазера.

Если ваша система охватывает широкий спектр от ультрафиолетового до видимого света и у вас есть определенные требования к стоимости, кварцевое стекло JGS2 является хорошо проверенным сбалансированным вариантом на рынке. Его коэффициент пропускания немного ниже, чем у JGS1, но цена более выгодна, что делает его подходящим для высококачественного оборудования, такого как промышленный контроль и флуоресцентный анализ, которые чувствительны к стоимости.

Если ваше приложение ориентировано на инфракрасный диапазон, например, тепловидение, измерение инфракрасной температуры или оптический путь лазера CO2, то кварцевое стекло JGS3 или инфракрасное оптическое кварцевое стекло серии HS являются наиболее подходящим выбором. Эти материалы имеют чрезвычайно низкое содержание гидроксила и не имеют явных пиков поглощения в инфракрасном диапазоне, что может гарантировать, что система достигает стабильного и эффективного пропускания во всем инфракрасном диапазоне.

Для применений, охватывающих спектр видимого света, видимое оптическое кварцевое стекло серии KS в действующих стандартах представляет собой продукт, специально оптимизированный для диапазона длин волн 400–700 нанометров. Следует отметить, что прямой эквивалентной модели KS в системе JGS не существует, поскольку в версии стандарта 1981 года отдельно не классифицировался диапазон видимого света. Если ваши требования связаны исключительно с видимым светом, серия KS — более точный выбор.

Подводя итог, можно сказать, что основным принципом выбора оптического кварцевого стекла является определение модели на основе рабочего диапазона длин волн, а не слепая погоня за более высокими сортами. Между JGS1, JGS2 и JGS3 нет абсолютного превосходства или неполноценности. Это просто оптимизированные результаты для различных сценариев применения. Выбор правильного диапазона длин волн необходим для полной реализации истинной ценности каждого типа кварцевого стекла.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ:

Вопрос 1: Какова связь между JGS1, JGS2, JGS3 и ZS, KS, HS?

Ответ: Это разные названия одного и того же типа оптического кварцевого стекла в разных стандартных версиях. JGS1 соответствует ZS (ультрафиолетовый), JGS2 также соответствует ZS, а JGS3 соответствует HS (инфракрасный). В системе JGS KS не имеет прямой соответствующей модели.

Вопрос 2: В каком диапазоне частот наиболее подходит для использования JGS1?

Ответ: JGS1 наиболее подходит для дальнего ультрафиолетового диапазона длин волн (185–2500 нм) и используется в высокотехнологичных оптических системах, таких как литография глубокого ультрафиолета и ультрафиолетовые лазеры.

Вопрос 3. Каковы основные преимущества JGS2 по сравнению с JGS1?

Ответ: Преимущество JGS2 заключается в его высокой экономической эффективности и превосходном коэффициенте пропускания в диапазоне от ультрафиолета до видимого света, что делает его подходящим для промышленного применения с ограниченным бюджетом, но требующим определенных стандартов производительности.

Вопрос 4. Почему JGS3 подходит для инфракрасного диапазона, но не для видимого диапазона?

Ответ: Содержание гидроксила в JGS3 чрезвычайно низкое, и в инфракрасной области нет явных пиков поглощения. Однако внутри могут быть крошечные пузырьки и структуры частиц, которые рассеивают видимый свет. Поэтому он в основном подходит для инфракрасных применений.

Вопрос 5: В чем принципиальная разница между JGS1 и JGS3 с точки зрения производственного процесса?

Ответ: JGS1 производится методом химического осаждения с высокой чистотой, но с большим количеством гидроксильных групп; JGS3 изготавливается методом вакуумной электросварки с очень небольшим количеством гидроксильных групп, но, возможно, с крошечными пузырьками.

Вопрос 6: Каковы основные принципы выбора кварцевого стекла?

Ответ: Исходя из подбора рабочих диапазонов, для дальнего ультрафиолета выбирайте JGS1/ZS; для инфракрасного порта выберите JGS3/HS; для чистого видимого света выберите KS. Не гонитесь слепо за более высокими оценками.

Пожалуйста, свяжитесь с нами в любое время, если вам потребуется дополнительная информация.