ऑप्टिकल इमेजिंग, लेजर सिस्टम और वर्णक्रमीय विश्लेषण जैसे उच्च-स्तरीय क्षेत्रों में, ऑप्टिकल फिल्टर प्रकाश पथ नियंत्रण के लिए मुख्य घटकों के रूप में कार्य करते हैं। उनकी सतह की सटीकता और सतह की गुणवत्ता सीधे पूरे सिस्टम के अंतिम प्रदर्शन को निर्धारित करती है। हालाँकि, उनके उत्पादन के हर चरण में - सब्सट्रेट काटने, पीसने और पॉलिश करने से लेकर कोटिंग और सफाई तक - "अदृश्य हत्यारे" छिपे रहते हैं जो तैयार उत्पादों को गैर-कार्यात्मक बना सकते हैं: सतह और किनारे के दोष। केवल माइक्रोमीटर या यहां तक कि नैनोमीटर मापने वाले ये दोष न केवल विनिर्माण शिल्प कौशल को दर्शाते हैं बल्कि ऑप्टिकल प्रदर्शन के लिए निर्णायक कारक के रूप में भी काम करते हैं।
I. दोषों का वैज्ञानिक वर्गीकरण और गठन तंत्र
पेशेवर शब्दावली में, फ़िल्टर प्रसंस्करण दोषों को आम तौर पर उनके स्थान और प्रकृति के आधार पर निम्नलिखित प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है:
1.1 किनारे के दोष: छिलना
एज चिपिंग का तात्पर्य फिल्टर के किनारे पर होने वाले सूक्ष्म या स्थूल फ्रैक्चर, छीलने या निशान से है। भंगुर सामग्री प्रसंस्करण में यह एक क्लासिक मुद्दा है।
गठन तंत्र:
भंगुर सामग्री फ्रैक्चर: ऑप्टिकल ग्लास एक विशिष्ट भंगुर सामग्री है, और इसका फ्रैक्चर व्यवहार ग्रिफिथ के माइक्रोक्रैक सिद्धांत का पालन करता है। सामग्री के भीतर पहले से मौजूद माइक्रोक्रैक बाहरी तन्य तनाव के अधीन होने पर उनकी युक्तियों पर तनाव एकाग्रता का अनुभव करते हैं। एक बार जब तनाव महत्वपूर्ण सीमा से अधिक हो जाता है, तो दरारें अस्थिर रूप से फैल जाती हैं, जिससे भंगुर फ्रैक्चर हो जाता है।
प्रसंस्करण-प्रेरित तनाव एकाग्रता: डायमंड व्हील कटिंग और एज ग्राइंडिंग जैसी यांत्रिक प्रक्रियाओं के दौरान, काटने वाले बल उपकरण और सामग्री के बीच संपर्क क्षेत्र पर अत्यधिक केंद्रित होते हैं। प्रसंस्करण मापदंडों का अनुचित चयन (उदाहरण के लिए, फ़ीड दर, काटने की गहराई, ग्रिट आकार और बाइंडर्स) या अप्रभावी शीतलक (काटने वाली गर्मी और मलबे को हटाने में विफल) दरारें फैलाने के लिए पर्याप्त स्थानीय तनाव उत्पन्न कर सकता है - जिसके परिणामस्वरूप चिप्स हो सकते हैं।
फिक्स्चर और क्लैम्पिंग तनाव: अनुचित फिक्सचर डिजाइन (उदाहरण के लिए, अत्यधिक छोटा संपर्क क्षेत्र, अनुचित वी-ब्लॉक कोण) या अत्यधिक क्लैंपिंग बल क्लैंपिंग बिंदुओं पर तीव्र संपर्क तनाव पैदा करता है, जो सीधे फिल्टर के किनारों को कुचल देता है।
1.2 सतही दोष: खरोंचें और घिसाव
व्यावसायिक मानक (उदाहरण के लिए, MIL-PRF-13830B) आम तौर पर सतह की खामियों को "खरोंच" के रूप में संदर्भित करते हैं, लेकिन उन्हें आकृति विज्ञान और कारण के आधार पर आगे वर्गीकृत किया जा सकता है:
स्क्रैच
ऑप्टिकल सतह पर रैखिक या खांचे जैसी क्षति, जो तब बनती है जब एक या कुछ कठोर कण दबाव में फिसलते हैं। उनमें आम तौर पर चौड़ाई-से-गहराई का अनुपात छोटा होता है।
गठन तंत्र:
कण संदूषण: यह प्राथमिक कारण है। पीसने और पॉलिश करने में उपयोग किए जाने वाले अपघर्षक कण (उदाहरण के लिए, हीरा पाउडर, सेरियम ऑक्साइड) - यदि बाद की सफाई के दौरान पूरी तरह से नहीं हटाए जाते हैं - या पर्यावरणीय कठोर कण (उदाहरण के लिए, हवा, कर्मियों या उपकरण से सिलिका धूल) वर्कपीस और पॉलिशिंग पैड, वाइप्स या ट्रांसफर रेल के बीच फंसने पर "सूक्ष्म ब्लेड" बन जाते हैं।
तीन-शरीर घर्षण: उपरोक्त परिदृश्यों में, कठोर कण स्वतंत्र "तीसरे शरीर" के रूप में कार्य करते हैं, जो खरोंच पैदा करने के लिए दो संपर्क सतहों के बीच स्वतंत्र रूप से लुढ़कते और फिसलते हैं।
खरोंच
व्यापक, उथली सतह क्षति - कभी-कभी उथले निशानों के नेटवर्क या घने पैटर्न के रूप में दिखाई देती है।
गठन तंत्र:
दो-बॉडी घर्षण: फ़िल्टर की ऑप्टिकल सतह और उपकरण वाहक, अन्य वर्कपीस, या घटिया नरम उपकरण (उदाहरण के लिए, अशुद्धियों वाले दस्ताने, लिंट-मुक्त कपड़े) के बीच सीधा स्लाइडिंग घर्षण।
नरम कण एकत्रीकरण: यहां तक कि नरम सामग्री, अगर बड़ी मात्रा में छोटे कणों से ढकी हो, तो दबाव में होने पर व्यापक उथले घर्षण का कारण बन सकती है।
1.3 संरचनात्मक दोष: दरारें
दरारें निरंतर दरारें होती हैं जो सतह में प्रवेश करती हैं या किनारों से अंदर की ओर बढ़ती हैं, जिससे सामग्री की अखंडता से समझौता होता है।
गठन तंत्र:
मैक्रो-मैकेनिकल प्रभाव: संभालने, गिराने या संयोजन के दौरान गंभीर प्रभाव सीधे दरारें पैदा कर सकते हैं।
थर्मल स्ट्रेस क्रैकिंग:
फिल्म-सब्सट्रेट बेमेल: कोटिंग के दौरान, सब्सट्रेट और फिल्म सामग्री (उदाहरण के लिए, Ta₂O₅, SiO₂) के बीच थर्मल विस्तार (सीटीई) के गुणांक में अंतर फिल्म-सब्सट्रेट इंटरफ़ेस पर महत्वपूर्ण थर्मल तनाव उत्पन्न करता है क्योंकि घटक उच्च तापमान कोटिंग प्रक्रिया से ठंडा होता है। यदि यह तनाव फिल्म-सब्सट्रेट आसंजन या सामग्री ताकत से अधिक है, तो दरारें बन जाती हैं - यहां तक कि गंभीर मामलों में फिल्म छीलने का कारण भी बनती है।
तीव्र तापमान में उतार-चढ़ाव: सफाई या प्रसंस्करण के दौरान अचानक तापमान परिवर्तन भी भंगुर सब्सट्रेट के भीतर धीरे-धीरे थर्मल तनाव पैदा करता है।
तनाव एकाग्रता प्रभाव: एक महत्वपूर्ण कारण संबंध मौजूद है: किसी भी "चिप" या "गहरी खरोंच" का आधार एक प्राकृतिक, तेज तनाव एकाग्रता बिंदु है। इसके बाद के प्रसंस्करण (उदाहरण के लिए, पॉलिशिंग दबाव, कोटिंग थर्मल तनाव) या इन-सर्विस कंपन/थर्मल साइकलिंग के कारण यहां तनाव जमा हो जाता है, जिससे माइक्रोक्रैक की शुरुआत होती है और मैक्रोस्कोपिक दरारों में प्रसार होता है।
द्वितीय. शुरू से अंत तक नियंत्रण: एक सटीक गुणवत्ता प्रणाली के साथ दोषों को दूर करना
दोषों को खत्म करने के लिए, एक व्यापक सटीक गुणवत्ता इंजीनियरिंग प्रणाली स्थापित की जानी चाहिए - जिसमें डिजाइन, प्रसंस्करण, पर्यावरण और संचालन शामिल हो।
2.1 प्रक्रिया अनुकूलन
एज चिपिंग के लिए:
लेजर प्रसंस्करण: काटने और ड्रिलिंग के लिए अल्ट्राफास्ट स्पंदित लेजर का उपयोग करें। उनकी "कोल्ड प्रोसेसिंग" विशेषता यांत्रिक तनाव को कम करती है, जिससे चिप-मुक्त विनिर्माण संभव होता है।
सटीक एज ग्राइंडिंग: "माइक्रो-कटिंग डेप्थ, धीमी फ़ीड दर, पूर्ण शीतलन" प्रक्रिया के साथ उच्च-कठोरता वाले सीएनसी एज ग्राइंडर का उपयोग करें, जो प्राकृतिक डायमंड ग्राइंडिंग पहियों के साथ जोड़ा गया है। यह सुनिश्चित करने के लिए प्रसंस्करण पथ को अनुकूलित करें कि अंतिम काटने वाला बल सामग्री के आंतरिक भाग की ओर निर्देशित हो।
केमिकल मैकेनिकल पॉलिशिंग (सीएमपी): किनारों को फ़िल्टर करने के लिए सीएमपी लागू करें। यह क्षतिग्रस्त परतों को आसानी से हटाने के लिए रासायनिक नक़्क़ाशी और यांत्रिक पीसने को जोड़ती है।
खरोंच/खरोंच के लिए:
सफ़ाई नियंत्रण: पॉलिशिंग के बाद की सभी प्रक्रियाओं को उच्च-श्रेणी के सफ़ाई-कक्षों (उदाहरण के लिए, आईएसओ कक्षा 5 / कक्षा 100) में संचालित करें। क्रॉस-संदूषण को रोकने के लिए अलग-अलग ग्रिट अपघर्षक का उपयोग करके क्षेत्रों को भौतिक रूप से अलग करें।
टूलींग प्रबंधन: वर्कपीस से संपर्क करने वाले सभी फिक्स्चर और नोजल के लिए निष्क्रिय, नरम सामग्री (उदाहरण के लिए, PEEK, टेफ्लॉन) का उपयोग करें। नियमित अल्ट्रासोनिक सफाई करें।
प्रक्रिया स्वचालन: मानवीय हस्तक्षेप से संपर्क जोखिमों को कम करने के लिए रोबोटिक हथियारों और स्वचालित स्थानांतरण प्रणालियों को एकीकृत करें।
2.2 परिचालन प्रोटोकॉल
अनिवार्य प्रशिक्षण: ऑपरेटरों को कठोर सड़न रोकनेवाला ऑपरेशन प्रशिक्षण पूरा करना होगा, जिसमें शामिल हैं:
नाइट्राइल दस्ताने का उचित उपयोग;
वैक्यूम चिमटी या गैर-संपर्क उपकरण के साथ वर्कपीस को संभालना;
उच्च शुद्धता वाले सॉल्वैंट्स (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड इथेनॉल) और समर्पित लिंट-फ्री पेपर के साथ "सिंगल-डायरेक्शनल वाइप" विधि (केंद्र से किनारे तक एक बार पोंछना) का उपयोग करके सफाई।
2.3 प्रक्रिया निगरानी एवं सामग्री विज्ञान
इन-लाइन निरीक्षण: किनारों के छिलने और सतह पर खरोंचों की 100% इन-लाइन स्क्रीनिंग करने के लिए प्रमुख प्रक्रियाओं के बाद स्वचालित मशीन विज़न निरीक्षण प्रणाली स्थापित करें।
सामग्री चयन: ऑप्टिकल डिज़ाइन बाधाओं के भीतर, अंतर्निहित क्षति प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए उच्च फ्रैक्चर कठोरता और नूप कठोरता वाले ऑप्टिकल ग्लास ग्रेड को प्राथमिकता दें।
डिज़ाइन अनुकूलन: डिज़ाइन चरण में तेज किनारों को खत्म करने के लिए चित्रों में सुरक्षात्मक कक्ष आयामों को स्पष्ट रूप से निर्दिष्ट करें और उचित रूप से बड़ा करें।
तृतीय. दोषों के ऑप्टिकल प्रभाव: सैद्धांतिक पूर्णता से व्यावहारिक गिरावट तक
ये सूक्ष्म दोष ऑप्टिकल प्रदर्शन पर व्यापक, यहां तक कि विनाशकारी प्रभाव डालते हैं।
3.1 खराब इमेजिंग गुणवत्ता
भटकती रोशनी और कम कंट्रास्ट: कोई भी खरोंच, रगड़ या चिप फिल्टर की सही दर्पण जैसी सतह को बाधित कर देती है, जिससे यह प्रकाश-प्रकीर्णन केंद्र में बदल जाता है। इमेजिंग के दौरान, यह बिखरी हुई रोशनी अप्रत्याशित रूप से छवि तल तक पहुंचती है, जिससे एक समान "पृष्ठभूमि शोर" (धुंध) पैदा होती है जो कंट्रास्ट को गंभीर रूप से कम कर देती है। कमजोर लक्ष्य पहचान की आवश्यकता वाले सिस्टम (उदाहरण के लिए, खगोलीय दूरबीन, डार्क-फील्ड माइक्रोस्कोप) में, लक्ष्य सिग्नल शोर से पूरी तरह से डूब सकते हैं।
वेवफ्रंट विरूपण: गहरी खरोंचें और दरारें भौतिक खांचे या दरार के रूप में कार्य करती हैं, जो प्रकाश के गुजरने के ऑप्टिकल पथ को बदल देती हैं और वेवफ्रंट विपथन उत्पन्न करती हैं। यह सिस्टम के पॉइंट स्प्रेड फ़ंक्शन (पीएसएफ) और मॉड्यूलेशन ट्रांसफर फ़ंक्शन (एमटीएफ) को ख़राब कर देता है, जो सीधे कम इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन और धुंधली छवियों के रूप में प्रकट होता है।
3.2 लेजर सिस्टम प्रदर्शन और विश्वसनीयता जोखिम
प्लमेटिंग लेजर डैमेज थ्रेशोल्ड (एलडीटी): उच्च-ऊर्जा लेजर सिस्टम के लिए, सतह और किनारे के दोष सबसे कमजोर लिंक हैं। दोष लेजर ऊर्जा अवशोषण (रैखिक अवशोषण) को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाते हैं या गैर-रेखीय अवशोषण प्रभाव को ट्रिगर करते हैं, जिससे स्थानीय तापमान तेजी से बढ़ता है। इससे फिल्म या सब्सट्रेट पिघल जाता है या अलग हो जाता है - आमतौर पर एक दोषरहित घटक के एलडीटी से काफी नीचे बिजली के स्तर पर दोष वाले स्थानों पर क्षति शुरू हो जाती है। एक बमुश्किल पता लगाने योग्य एज चिप कुल लेजर घटक विफलता के लिए "ट्रिगर" के रूप में काम कर सकती है।
3.3 दीर्घकालिक विश्वसनीयता खतरे
क्रैक प्रसार: थकान फ्रैक्चर यांत्रिकी सिद्धांतों के अनुसार, बार-बार होने वाले पर्यावरणीय कंपन और थर्मल साइक्लिंग तनाव चिप साइटों पर प्रारंभिक माइक्रोक्रैक और तनाव सांद्रता के क्रमिक विस्तार को प्रेरित करते हैं। यह अंततः सेवा के दौरान अप्रत्याशित घटक फ्रैक्चर का कारण बन सकता है, जिसके परिणामस्वरूप भयावह सिस्टम विफलता हो सकती है।
फ़िल्टर निर्माण में सतह और किनारे के दोष किसी भी तरह से मामूली "कॉस्मेटिक मुद्दे" नहीं हैं - वे मुख्य संकेतक हैं जो विनिर्माण प्रणालियों की सटीकता को दर्शाते हैं और सीधे ऑप्टिकल सिस्टम की प्रदर्शन सीमाओं को परिभाषित करते हैं। उनकी रोकथाम और नियंत्रण एक व्यवस्थित इंजीनियरिंग प्रयास है जिसमें सामग्री विज्ञान, यांत्रिकी, थर्मोडायनामिक्स, रसायन विज्ञान और सटीक इंजीनियरिंग शामिल है। दोषों के लिए "शून्य सहनशीलता" की खोज अत्याधुनिक ऑप्टिकल विनिर्माण को नैनोस्केल में आगे बढ़ाने और अगली पीढ़ी के उच्च-स्तरीय तकनीकी उपकरणों के विकास का समर्थन करने के पीछे स्थायी प्रेरक शक्ति बनी हुई है।
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