Qu’est-ce que le verre optique ?
Le verre optique est fabriqué principalement à partir de pierre de silice ou de sable siliceux, qui est principalement constitué de silicium (lire : silicium), et contient très peu d’impuretés qui nuiraient à la transparence.
En raison de sa forme homogène et de sa faible teneur en bulles d’air et en rayures, il est utilisé dans les équipements optiques qui transmettent la lumière, tels que les lentilles et les prismes. Différents matériaux sont souvent utilisés en fonction de la longueur d’onde de la lumière utilisée, le BK7 étant principalement utilisé dans le domaine visible, et le quartz fondu ou le quartz synthétique dans le domaine ultraviolet.
Il existe différentes qualités de quartz synthétique et il convient de noter que la transmittance, en particulier dans le domaine de l’ultraviolet, varie en fonction du matériau et de la qualité.
Utilisations du verre optique
Le verre optique est souvent utilisé pour les éléments optiques qui transmettent la lumière, tels que les lentilles, les prismes, les filtres optiques et les plaques de fenêtre pour les détecteurs, et pour la propagation de la lumière, tels que les guides de lumière et les fibres optiques. Le verre optique est également utilisé dans les dispositifs d’exposition, qui sont des équipements importants dans la fabrication des semi-conducteurs.
Avec l’intégration croissante des dispositifs à semi-conducteurs, la pureté et la précision du verre optique doivent être encore améliorées. Parmi les autres applications, on peut citer le verre de fenêtre à protection contre les rayonnements, qui protège uniquement contre les rayonnements, et toute une série d’autres domaines d’application, car les propriétés du verre peuvent être modifiées par l’ajout d’additifs. Les applications dans le domaine de la recherche et de l’expérimentation sont les suivantes:
1. La recherche fondamentale
En recherche fondamentale, le verre optique peut être utilisé comme substrat et des échantillons peuvent être appliqués ou déposés sur le verre pour des mesures spectroscopiques. Le graphène, un matériau 2D qui a attiré beaucoup d’attention ces dernières années, a également été transféré sur du verre optique et est maintenant commercialisé. Le graphène est généralement produit sur des substrats en cuivre, mais en le transférant sur des substrats en verre, il peut être utilisé dans diverses études spectroscopiques car la lumière transmise peut être observée.
2. Expériences optiques utilisant des lasers
Le verre optique peut également être utilisé dans des expériences optiques utilisant des lasers. C’est par exemple le cas lorsque le verre optique est utilisé comme réflecteur au vingtième. En général, l’indice de réfraction du verre est plus élevé pour les longueurs d’onde de la lumière bleue que pour celles de la lumière rouge, et la lumière bleue voyage plus vite que la lumière rouge dans la lumière qui le traverse.
C’est pourquoi le verre optique peut également être utilisé pour contrôler la dispersion des longueurs d’onde de la lumière pulsée dans les lasers à impulsions afin d’augmenter (chirp) ou de diminuer la largeur d’impulsion lorsqu’il s’agit de lumière qui existe dans une région spécifique sur l’axe du temps, comme dans les lasers à impulsions.
Principes du verre optique
Parmi les verres optiques, le quartz synthétique ne présente pas de bulles internes ni de rayures, il est très transparent et peut transmettre la lumière dans la région ultraviolette. Dans le passé, le quartz synthétique était l’élément optique qui transmettait la lumière ultraviolette, mais ces dernières années, les progrès technologiques ont conduit au développement de produits qui transmettent la lumière dans la région ultraviolette en utilisant de la résine, comme le Sidep d’AGC.
Outre la transmission à chaque longueur d’onde et les matières étrangères, le verre optique est également important pour la non-uniformité de son indice de réfraction, connue sous le nom de veinage, qui est causée par la formation linéaire ou en couches d’un matériau de verre qui diffère de l’indice de réfraction principal. Par exemple, si nous considérons les lentilles, qui sont des composants optiques qui courbent et focalisent la lumière, plus la différence d’indice de réfraction entre la lentille et l’air est grande, plus la lumière est courbée. Et plus la lumière peut être focalisée près de la lentille (focalisation plus courte), plus le système optique peut être petit.
La découpe et le polissage sont les méthodes de fabrication les plus courantes, mais pour le verre de silice fondue, qui a un point de fusion bas, on peut utiliser le moulage, le moulage sous pression et d’autres méthodes de fabrication qui permettent une production de masse peu coûteuse. Le choix du polissage optique d’une ou des deux faces se fait au moment de la commande et les prix varient.
Autres informations sur le verre optique
Indice de réfraction du verre optique
L’indice de réfraction du verre optique est plus élevé dans le domaine de l’ultraviolet que dans celui de l’infrarouge et présente une dispersion régulière. Cette dispersion dépend du matériau du verre et est très importante dans les expériences optiques utilisant l’indice de réfraction.
Par exemple, l’indice de réfraction du quartz synthétique est d’environ 1,48 à une longueur d’onde d’environ 340 nm, de 1,457 à 650 nm et de 1,452 à 900 nm. En revanche, l’indice de réfraction du BK7 est d’environ 1,54 à une longueur d’onde d’environ 340 nm, 1,514 à 650 nm et 1,509 à 900 nm. La dispersion de l’indice de réfraction est donnée par les fabricants et peut être vérifiée à l’avance.
La dispersion de la longueur d’onde de la lumière pulsée d’un laser pulsé est influencée par les différences d’indice de réfraction mentionnées ci-dessus. En fonction du matériau et de l’épaisseur du verre, la dispersion de la vitesse de groupe des impulsions peut être contrôlée. La forme de l’impulsion peut donc être conçue sur la base des informations relatives aux différences d’indice de réfraction de chaque longueur d’onde.