ホウケイ酸ガラス基板

ホウケイ酸ガラス基板は、さまざまな光学部品の製造に使用される基本的な基材です。標準的なケイ酸塩ガラス混合物に三酸化ホウ素B(2)O(3)を添加した材料で、熱膨張係数（CTE）が極めて低く、化学的耐久性が高く、可視から近赤外（NIR）領域にわたって優れた光学的透明性を備えているため、光学業界で高く評価されています。

光学工学では、これらの基板が物理的な土台となり、その上に複雑な薄膜コーティングを成膜して、フィルター、ミラー、ビームスプリッターを形成します。

主要な光学仕様

組成と主な特性

一般的な窓ガラスのような標準的なケイ酸塩ガラスは、急激な温度変化によって割れやすい性質があります。三酸化二ホウ素を添加するとガラスの原子構造が変化し、熱膨張が大幅に低減します。

• 低熱膨張： ホウケイ酸ガラスは、急激な温度勾配にさらされても破損しにくい材料です。この寸法安定性は、高強度光源や変動する周囲温度にさらされた際にも、正確な形状と表面形状を維持する必要がある光学部品にとって不可欠です。
• 光透過特性：ホウケイ酸ガラス基板は、近紫外域（約310 nm）から可視域を経て近赤外域（最大約2.7 µm）まで、高く平坦な透過率を示します。

• 化学的耐久性： 水、中性および酸性溶液、強力な混合薬品に対して高い耐性があり、劣化が懸念される環境に最適です。
• コスト効率： UV合成石英のような極めて高い深紫外透過率や絶対的な熱安定性はありませんが、ホウケイ酸ガラスは深紫外域を使用しない用途において非常に経済的な代替材料です。

光学分野で一般的な種類

フォトニクス産業では、独自仕様および標準仕様の複数のホウケイ酸ガラス組成が広く使用されています。

N-BK7（ホウケイ酸クラウンガラス）： 高品質な可視光およびNIR用途で最も一般的な光学ガラスと言えます。比較的硬く、高品質な研磨を施しやすいため、レンズ、プリズム、厚い基板に広く使用されています。

光学部品における用途

ホウケイ酸ガラスは、光学的透明性、熱安定性、コストのバランスに優れているため、さまざまな光学系で基板材料として広く使用されています：

• 光学フィルター：ホウケイ酸ガラスは、誘電体薄膜コーティングの硬質で透明な基材として使用されます。可視域およびNIR域で使用される多くのバンドパスフィルター、ショートパス／ロングパスエッジフィルター、ならびにニュートラルデンシティ（ND）フィルターの標準的な基板です。
• ダイクロイックミラーとビームスプリッター： ホウケイ酸ガラスの熱安定性により、ダイクロイックコーティングに求められる厳密な入射角（AOI）が維持され、環境に起因する「ブルーシフト」や構造的な反りを防ぎます。
• イメージングシステム： 標準的な可視光用途および一部のSWIR用途のイメージセンサー用保護カバーガラスとして、また高精度光学窓の基材として広く使用されています。
• 照明システム: ホウケイ酸ガラス基板は耐熱衝撃性に優れているため、キセノンアークランプや水銀アークランプなどの高強度光源の前面での使用に適しています。このような環境では、一般的なガラスは熱によって破損します。