राल, ग्लास और सिलिकॉन कार्बाइड वेवगाइड सामग्री की तुलना क्या है?

इससे पहले, हमने ' शीर्षक से एक लेख प्रकाशित किया थारेज़िन, ग्लास और सिलिकॉन कार्बाइड वेवगाइड्स की प्रदर्शन विशेषताओं की तुलना '(देखने के लिए क्लिक करें)। आज, हम तीन सामग्रियों को अधिक विस्तार से पेश करेंगे।

राल सामग्री वेवगाइड

ऑप्टिकल गुण

1. **अपवर्तक सूचकांक**: राल का अपवर्तक सूचकांक आमतौर पर 1.49 से 1.60 तक होता है, जो कांच और सिलिकॉन कार्बाइड की तुलना में कम है। कम अपवर्तक सूचकांक का मतलब है कि वेवगाइड प्रणाली में कुल आंतरिक प्रतिबिंब के लिए महत्वपूर्ण कोण बड़ा है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च अपवर्तक सूचकांक वाली अन्य सामग्रियों की तुलना में ऑप्टिकल सिग्नल ट्रांसमिशन दक्षता कम होती है। (एन = पाप आई / पाप आर, जहां एन अपवर्तक सूचकांक है, पाप आई घटना कोण की ज्या है, और पाप आर अपवर्तक कोण की ज्या है।)

2. **संचारण**: राल सामग्री दृश्य प्रकाश सीमा में अच्छा संप्रेषण प्रदर्शित करती है, लेकिन उनकी ऑप्टिकल एकरूपता आणविक व्यवस्था से प्रभावित होती है। कम प्रकाश प्रकीर्णन गुण पारदर्शिता बनाए रखने में मदद करते हैं, लेकिन लंबे समय तक उपयोग से उम्र बढ़ने के कारण संचारण में कमी आ सकती है।

3. **बायरफ्रिंजेंस**: रेजिन आमतौर पर अपनी अपेक्षाकृत यादृच्छिक आणविक संरचना और कम आंतरिक तनाव के कारण कम बाइरफ्रिंजेंस प्रदर्शित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश प्रसार के दौरान न्यूनतम चरण अंतर होता है। हालाँकि, कुछ परिस्थितियों में, बाहरी तनाव असमान ऑप्टिकल गुणों को प्रेरित कर सकता है।

यांत्रिक विशेषताएं

1. **कठोरता**: राल की कठोरता आम तौर पर कम होती है (लगभग 15-20 एचवी की विकर्स कठोरता के साथ), जिससे यह कांच और सिलिकॉन कार्बाइड की तुलना में यांत्रिक क्षति के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाती है, खासकर जब सतह घर्षण के अधीन होती है। यह कम कठोरता सटीक ऑप्टिकल सिस्टम में इसके जीवनकाल को सीमित करती है।

2. **कठोरता और लोचदार मापांक**: राल अपेक्षाकृत उच्च कठोरता और आमतौर पर 2-5 GPa की सीमा में एक लोचदार मापांक प्रदर्शित करता है, जो प्रभाव के तहत टूटने के लिए कुछ प्रतिरोध प्रदान करता है। हालाँकि, लोचदार मापांक में कमी ऑप्टिकल उपकरणों की संरचनात्मक स्थिरता को कमजोर कर सकती है, विशेष रूप से उच्च तापमान या लंबे समय तक उपयोग के तहत। (लोचदार मापांक: ई = σ / ε, जहां लोचदार मापांक जितना बड़ा होगा, सामग्री की लोच उतनी ही बेहतर होगी, जो तनाव के बाद अपने मूल आकार में त्वरित वापसी का संकेत देता है।)

रासायनिक गुण

1. **रासायनिक संक्षारण प्रतिरोध**: राल अच्छी रासायनिक स्थिरता प्रदर्शित करता है और कई एसिड, क्षार और कार्बनिक सॉल्वैंट्स के संक्षारण का विरोध कर सकता है। हालाँकि, यह पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है, और लंबे समय तक यूवी विकिरण के संपर्क में रहने से पीलापन या भंगुरता हो सकती है।

2. **नमी अवशोषण**: राल सामग्री में आमतौर पर एक निश्चित डिग्री की हाइग्रोस्कोपिसिटी होती है, जिससे जल अवशोषण के बाद ऑप्टिकल प्रदर्शन में गिरावट हो सकती है, जैसे अपवर्तक सूचकांक में परिवर्तन और पारदर्शिता में कमी। इसके अतिरिक्त, नमी अवशोषण सामग्री के यांत्रिक गुणों को कमजोर कर सकता है और थर्मल विस्तार के गुणांक को बढ़ा सकता है।

ग्लास सामग्री वेवगाइड

ऑप्टिकल गुण

1. **अपवर्तक सूचकांक**: ऑप्टिकल-ग्रेड ग्लास का अपवर्तनांक आमतौर पर इसकी संरचना के आधार पर 1.5 से 1.9 तक होता है। सामान्य ऑप्टिकल ग्लास, जैसे कि BK7, का अपवर्तक सूचकांक 1.5168 है, जो ग्लास को कुल आंतरिक प्रतिबिंब वेवगाइड डिजाइनों में बेहतर ऑप्टिकल ट्रांसमिशन दक्षता प्रदान करने और प्रकाश हानि को कम करने की अनुमति देता है। (एन = पाप आई / पाप आर, जहां एन अपवर्तक सूचकांक है, पाप आई घटना कोण की ज्या है, और पाप आर अपवर्तक कोण की ज्या है।)

2. **फैलाव गुणांक**: कांच की एब्बे संख्या (वी-मान) आमतौर पर 50 से 60 तक होती है, जो कम फैलाव गुणांक का संकेत देती है, जिसका अर्थ है कि विभिन्न तरंग दैर्ध्य में अपवर्तक सूचकांक में परिवर्तन न्यूनतम है। इसलिए, एआर वेवगाइड में, ग्लास प्रभावी ढंग से फैलाव घटना को कम कर सकता है, छवि स्पष्टता और रंग स्थिरता सुनिश्चित कर सकता है। (σ = δλ * D * L, जहां δλ प्रकाश स्रोत की मूल माध्य वर्ग वर्णक्रमीय चौड़ाई है, D(λ) फैलाव गुणांक है, और L लंबाई है। सिंगल-मोड ऑप्टिकल फाइबर के लिए फैलाव गुणांक आम तौर पर लगभग 20 पीएस/किमी · एनएम है, जिसका अर्थ है कि लंबी फाइबर लंबाई के परिणामस्वरूप कुल फैलाव अधिक होता है।)

3. **संचारण और अवशोषण गुणांक**: उच्च गुणवत्ता वाले ऑप्टिकल ग्लास में अत्यधिक उच्च संप्रेषण होता है, जो 95% से अधिक तक पहुंचता है। इसका अवशोषण गुणांक कम है, विशेष रूप से दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम में, प्रकाश ऊर्जा का न्यूनतम अवशोषण होता है, जिससे ऑप्टिकल संकेतों का कुशल संचरण सुनिश्चित होता है।

यांत्रिक विशेषताएं

1. **कठोरता और कठोरता**: ग्लास में उच्च कठोरता (आमतौर पर 500-700 एचवी) होती है, जो उत्कृष्ट खरोंच प्रतिरोध और स्थायित्व प्रदान करती है। यद्यपि कांच अपेक्षाकृत भंगुर होता है, रासायनिक मजबूती और भौतिक तड़के जैसी आधुनिक प्रसंस्करण तकनीकें इसके प्रभाव प्रतिरोध और क्रूरता को काफी बढ़ा सकती हैं।

2. **लोचदार मापांक और पॉइसन अनुपात**: विशिष्ट ऑप्टिकल ग्लास का लोचदार मापांक 70 से 85 GPa तक होता है, जिसमें पॉइसन का अनुपात लगभग 0.2-0.3 होता है। यह संयोजन ग्लास को यांत्रिक भार के तहत अच्छा आकार बनाए रखने की अनुमति देता है, विशेष रूप से वेवगाइड सिस्टम में, ऑप्टिकल पथ की स्थिरता सुनिश्चित करता है। (ऊर्ध्वाधर दिशा (εl) में तनाव और भार दिशा (ε) में तनाव के अनुपात को पॉइसन अनुपात के रूप में जाना जाता है। इसे v के रूप में दर्शाया जाता है, इसे v = -ε1/ε के रूप में परिभाषित किया जाता है। लोचदार विरूपण चरण के भीतर, v एक स्थिरांक है। सैद्धांतिक रूप से, आइसोट्रोपिक सामग्रियों के लिए, तीन लोचदार स्थिरांक (ई, जी, वी) में से केवल दो स्वतंत्र हैं।) (लोचदार मापांक: ई = σ / ε। लोचदार मापांक जितना बड़ा होगा, सामग्री की लोच उतनी ही बेहतर होगी, जो तनाव के बाद अपने मूल आकार में तेजी से वापसी का संकेत देती है।)

रासायनिक गुण

1. **रासायनिक स्थिरता**: कांच की सामग्रियां अधिकांश रासायनिक वातावरणों में, विशेष रूप से अम्ल, क्षार और कार्बनिक सॉल्वैंट्स में उत्कृष्ट स्थिरता प्रदर्शित करती हैं। कुछ विशेष प्रकार के ग्लास (जैसे क्वार्ट्ज ग्लास) उच्च तापमान और संक्षारक स्थितियों में भी असाधारण स्थिरता प्रदर्शित करते हैं।

2. **नमी प्रतिरोध**: ग्लास वस्तुतः गैर-हीड्रोस्कोपिक है, यह सुनिश्चित करता है कि इसका ऑप्टिकल प्रदर्शन आर्द्र वातावरण में अप्रभावित रहे। जल वाष्प का कांच के अपवर्तनांक, पारदर्शिता या अन्य ऑप्टिकल मापदंडों पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं पड़ता है।

सिलिकॉन कार्बाइड वेवगाइड सामग्री

ऑप्टिकल गुण

1. **अपवर्तक सूचकांक**: सिलिकॉन कार्बाइड का अपवर्तक सूचकांक बहुत अधिक है, लगभग 2.65, जो ऑप्टिकल डिजाइनों में प्रकाश पथों को मोड़ने की इसकी क्षमता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है, जिससे यह सटीक बीम नियंत्रण की आवश्यकता वाले सिस्टम के लिए उपयुक्त हो जाता है। हालाँकि, उच्च अपवर्तनांक के परिणामस्वरूप आपतित प्रकाश के लिए उच्च परावर्तन दर भी होती है, जिससे इंटरफेस पर अधिक ऑप्टिकल हानि हो सकती है।

2. **संप्रेषण**: यद्यपि सिलिकॉन कार्बाइड का दृश्य प्रकाश रेंज में अपेक्षाकृत कम संप्रेषण है, यह अवरक्त (आईआर) और पराबैंगनी (यूवी) बैंड में महत्वपूर्ण लाभ दिखाता है। यह गुण सिलिकॉन कार्बाइड को वेवगाइड सिस्टम में विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के संचरण के लिए आशाजनक बनाता है।

3. **ऑप्टिकल बैंडगैप**: सिलिकॉन कार्बाइड में एक विस्तृत बैंडगैप (लगभग 3.0 eV) होता है, जो उच्च-ऊर्जा फोटॉन एक्सपोज़र के तहत मजबूत स्थिरता का संकेत देता है, जो उच्च-आवृत्ति रोशनी के तहत ग्लास और राल में देखी जाने वाली फोटोडिग्रेडेशन घटना को रोकता है। (αhν = B(hν - उदाहरण)^m, जहां α मोलर अवशोषण गुणांक है, h प्लैंक स्थिरांक है, ν आपतित फोटॉन की आवृत्ति है, B एक आनुपातिकता स्थिरांक है, उदाहरण के लिए अर्धचालक सामग्री का ऑप्टिकल बैंडगैप है, और m सामग्री और संक्रमण के प्रकार से संबंधित है।)

यांत्रिक विशेषताएं

1. **कठोरता**: सिलिकॉन कार्बाइड सबसे कठोर ज्ञात सामग्रियों में से एक है, जिसकी कठोरता 2500 एचवी के करीब है। इसकी अत्यधिक उच्च कठोरता यांत्रिक प्रभाव और घर्षण के तहत न्यूनतम विरूपण सुनिश्चित करती है, जिससे दीर्घकालिक ऑप्टिकल परिशुद्धता और स्थिरता बनी रहती है।

2. **फ्रैक्चर कठोरता**: इसकी कठोरता के बावजूद, सिलिकॉन कार्बाइड में अपेक्षाकृत कम फ्रैक्चर कठोरता होती है (आमतौर पर लगभग 3.0 MPa·m^0.5), जो इसे मजबूत प्रभाव या तनाव एकाग्रता के तहत भंगुर फ्रैक्चर के लिए अतिसंवेदनशील बनाती है। (फ्रैक्चर की कठोरता को फ्रैक्चर परीक्षण के माध्यम से मापा जा सकता है, सूत्र के साथ: फ्रैक्चर की कठोरता = फ्रैक्चर की ताकत / फ्रैक्चर की लंबाई।)

3. **लोचदार मापांक**: सिलिकॉन कार्बाइड में अत्यधिक उच्च लोचदार मापांक (लगभग 410 GPa) होता है, जिसका अर्थ है कि यह तनाव के तहत न्यूनतम लोचदार विरूपण प्रदर्शित करता है, उच्च भार के तहत संरचनात्मक स्थिरता और ऑप्टिकल परिशुद्धता सुनिश्चित करता है। (लोचदार मापांक: ई = σ / ε। लोचदार मापांक जितना बड़ा होगा, सामग्री की लोच उतनी ही बेहतर होगी, जो तनाव के बाद अपने मूल आकार में तेजी से वापसी का संकेत देता है।)

रासायनिक गुण

1. **उच्च तापमान प्रतिरोध**: सिलिकॉन कार्बाइड 2700 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के पिघलने बिंदु के साथ, अत्यधिक उच्च तापमान पर अपनी संरचना और ऑप्टिकल प्रदर्शन को बरकरार रखता है। यह इसे उच्च तापमान वाले वातावरण में उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुणों को बनाए रखने की अनुमति देता है, जबकि कांच और राल समान परिस्थितियों में थर्मल विरूपण या गिरावट से गुजर सकते हैं।

2. **संक्षारण प्रतिरोध**: सिलिकॉन कार्बाइड उत्कृष्ट रासायनिक संक्षारण प्रतिरोध प्रदर्शित करता है, जो अधिकांश एसिड, क्षार और उच्च तापमान ऑक्सीकरण के प्रभावों का सामना करने में सक्षम है, जो कठोर वातावरण में इसके स्थायित्व को और बढ़ाता है।

सारांश

रेज़िन वेवगाइड को संसाधित करना आसान है और उनमें उच्च कठोरता है, लेकिन उनमें कमजोर ऑप्टिकल और यांत्रिक गुण हैं, विशेष रूप से कम अपवर्तक सूचकांक और अपर्याप्त कठोरता है। ग्लास वेवगाइड अच्छा समग्र ऑप्टिकल प्रदर्शन और स्थायित्व प्रदान करते हैं, जो उन्हें औसत यांत्रिक गुणों और मजबूत रासायनिक स्थिरता के साथ सटीक ऑप्टिकल सिस्टम के लिए उपयुक्त बनाता है। 

सिलिकॉन कार्बाइड वेवगाइड यांत्रिक प्रदर्शन और थर्मल स्थिरता में उत्कृष्ट हैं, कठोर वातावरण के लिए उपयुक्त अत्यधिक उच्च कठोरता का दावा करते हैं, लेकिन दृश्य प्रकाश रेंज में उनके पास खराब ऑप्टिकल संप्रेषण है और प्रक्रिया करना मुश्किल है।