Anzahl Durchsuchen:0 Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2026-06-04 Herkunft:Powered
Bei der Gestaltung optischer Systeme, Halbleitergeräte und Laserinstrumente hat die Wahl der Materialien oft direkten Einfluss auf die Gesamtleistung des gesamten Geräts. Unter ihnen ist Quarzglas aufgrund seiner hervorragenden Lichtdurchlässigkeit und Wärmebeständigkeit zu einem unverzichtbaren Grundmaterial im Bereich der High-End-Fertigung geworden. Viele Ingenieure stellen jedoch fest, dass es bei der Modellauswahl verschiedene Kennzeichnungsmethoden wie JGS1, JGS2, JGS3 sowie ZS, KS, HS usw. auf dem Markt gibt, was die Unterscheidung auf den ersten Blick erschwert. In diesem Artikel werden die entsprechenden Beziehungen zwischen diesen Modellen systematisch aus drei Perspektiven untersucht: Spektraleigenschaften, Herstellungsprozesse und Standardentwicklung.
Die JGS-Serie ist der in der Branche am häufigsten verwendete gebräuchliche Name. Dieses Benennungssystem unterteilt optisches Quarzglas in drei Kategorien, die jeweils für unterschiedliche Arbeitswellenlängen optimiert sind.
JGS1-Quarzglas wurde speziell für den fernen ultravioletten Wellenlängenbereich entwickelt und verfügt über einen effektiven Lichtdurchlässigkeitsbereich von 185 bis 2500 Nanometern. Bei einer Wellenlänge von 185 Nanometern kann seine Durchlässigkeit bis zu 90 % erreichen, was es zum bevorzugten Material für hochwertige optische Systeme wie Tief-Ultraviolett-Lithographie und Ultraviolett-Laserübertragung macht. Aus Sicht der inneren Struktur enthält JGS1 nahezu keine Blasen und weist einen äußerst geringen Gehalt an Verunreinigungen auf, wobei die Materialreinheit unter den drei Modellen die höchste ist. Es ist jedoch zu beachten, dass sein Hydroxylgehalt relativ hoch ist, was bei bestimmten Infrarotanwendungen zu zusätzlichen Absorptionsspitzen führen kann. Wenn Ihre Ausrüstung im tiefen Ultraviolettbereich arbeitet, ist JGS1 insgesamt eine der ausgereiftesten Optionen, die heute auf dem Markt erhältlich sind.
Der Lichtdurchlässigkeitsbereich von JGS2-Quarzglas liegt zwischen 220 und 2500 Nanometern. Es zeigt eine hervorragende Übertragungsleistung sowohl im ultravioletten als auch im sichtbaren Lichtbereich, die Gesamtübertragungsrate ist jedoch etwas niedriger als die von JGS1. Der Vorteil dieses Materials liegt in seiner Wirtschaftlichkeit. Es eignet sich für den Einsatz in optischen Instrumenten der mittleren bis oberen Preisklasse, industriellen Inspektionsgeräten usw., die bestimmte Leistungsanforderungen, aber begrenzte Budgets haben. JGS2 wird durch das Wasserstoff-Sauerstoff-Schmelzverfahren hergestellt und enthält im Inneren eine Mikropartikelstruktur sowie eine geringe Menge an Metallverunreinigungen. Bei den meisten industriellen optischen Systemen liegen diese Unterschiede in einem akzeptablen Bereich, während der Kostenvorteil sehr offensichtlich ist.
Das JGS3-Quarzglas ist für den infraroten Wellenlängenbereich ausgelegt, sein Arbeitsbereich umfasst 260 bis 3500 Nanometer. Im Gegensatz zu den beiden Vorgängermodellen verfügt JGS3 über kein ausgeprägtes Absorptionsband im Bereich von 2600 bis 2800 Nanometern und seine Infrarotdurchlässigkeit bleibt über 85 %, wodurch es sich hervorragend für Anwendungen wie Wärmebildkameras, Infrarot-Temperaturmessgeräte und optische Pfade von CO2-Lasern eignet. Der Hydroxylgehalt von JGS3 ist extrem niedrig, was sicherstellt, dass es nicht durch die Hydroxylabsorption im Infrarotwellenlängenbereich beeinträchtigt wird. Allerdings können sich im Inneren kleine Mengen winziger Bläschen und Partikelstrukturen befinden. Wenn Ihre Arbeitswellenlänge hauptsächlich im Infrarotbereich liegt, ist JGS3 eine zuverlässige Option, die durch langfristige Markttests verifiziert wurde.
Warum weisen JGS1, JGS2 und JGS3, die alle aus Quarzglas bestehen , so große Unterschiede in der spektralen Leistung auf? Die Antwort liegt in ihren Herstellungsprozessen. Unterschiedliche Herstellungstechniken bestimmen die innere Struktur der Materialien, den Gehalt an Verunreinigungen und den letztendlich anwendbaren Wellenlängenbereich.
Das optische Quarzglas JGS1 wird mithilfe des chemischen Abscheidungsverfahrens von Siliziumtetrachlorid hergestellt. Bei diesem Verfahren wird hochreines Siliziumtetrachloridgas als Ausgangsmaterial verwendet, das in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme hydrolysiert und dann zur Bildung der Form abgeschieden wird. Da das Rohmaterial in gasförmiger Form vorliegt, führt es kaum feste Verunreinigungen ein, so dass im fertigen Produkt nahezu keine Blasen entstehen und der Gehalt an metallischen Verunreinigungen auf einem äußerst niedrigen Niveau gehalten werden kann. Als Nebenprodukt des chemischen Abscheidungsprozesses entstehen jedoch große Mengen an Hydroxylgruppen, die im Material verbleiben. Dies ist der Hauptgrund dafür, dass JGS1 im ultravioletten Band gute Leistungen erbringt, im Infrarotband jedoch Absorptionsspitzen aufweist.
JGS2-Ultraviolett-Quarzglas wird durch das Wasserstoff-Sauerstoff-Schmelzverfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren werden natürlicher Quarzsand oder zerkleinerter Quarz als Rohstoffe verwendet und direkt in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme geschmolzen. Da die Rohstoffe selbst eine gewisse Menge an Metallverunreinigungen enthalten und beim Schmelzprozess Schadstoffe aus der Umgebung vermischt werden können, ist der Metallverunreinigungsgehalt von JGS2 höher als der von JGS1. Gleichzeitig gibt es im Inneren eine gewisse Partikelgrenzenstruktur und seine optische Gleichmäßigkeit ist etwas schlechter. Allerdings ist der Hydroxylgehalt von JGS2 viel niedriger als der von JGS1, wodurch es eine gute Übertragungsleistung im ultravioletten bis sichtbaren Lichtbereich aufweist und gleichzeitig die Anwendung im Infrarotbereich wie JGS1 aufgrund des übermäßigen Hydroxylgehalts nicht beeinträchtigt.
Das Infrarot-Quarzglas JGS3 wird im Vakuum-Elektrofusionsverfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren wird hochreiner Quarzsand in eine Vakuumumgebung gebracht und durch elektrische Erwärmung direkt geschmolzen und dann langsam abgekühlt, um ihn zu formen. Da am gesamten Prozess keine Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme beteiligt ist, dringen nur sehr wenige Hydroxylgruppen in das Material ein, sodass der Hydroxylgehalt von JGS3 äußerst niedrig ist und es daher hervorragend für die Übertragungsanforderungen des Infrarotbandes geeignet ist. Der Nachteil des Vakuum-Elektrofusionsverfahrens besteht jedoch darin, dass die ursprünglich im Quarzsand vorhandenen Spurengase in der Vakuumumgebung nicht vollständig ausgetrieben werden können und im Inneren des Materials winzige Blasen bilden können. Dabei können teilweise auch die ursprünglichen Grenzen zwischen den Quarzpartikeln als Partikelstrukturen erhalten bleiben. Obwohl diese mikroskopischen Defekte die Transmission im Infrarotband nicht beeinträchtigen, weisen sie im sichtbaren Lichtbereich eine gewisse Streuung auf.
Wenn viele Einkaufsmitarbeiter mit Quarzglas in Berührung kommen, werden sie feststellen, dass es neben der JGS-Serie auch Etiketten wie ZS, KS und HS gibt. Hierbei handelt es sich nicht um zwei unterschiedliche Materialsysteme, sondern um die Namenskonventionen, die der chinesische Baustoffindustriestandard JC/T 185 in verschiedenen historischen Perioden übernommen hat. Das Verständnis dieser Entwicklungsgeschichte ist hilfreich, wenn Sie alte Zeichnungen überprüfen oder mit Lieferanten aus verschiedenen Epochen in Kontakt treten, da es eine genaue Identifizierung des Materialbedarfs ermöglicht.
Die früheste Version von 1981 klassifizierte optisches Quarzglas entsprechend dem Anwendungsspektralband in drei Kategorien: optisches Quarzglas im fernen Ultraviolett (JGS1), optisches Quarzglas im ultravioletten Bereich (JGS2) und optisches Quarzglas im Infrarotbereich (JGS3). Diese Version hatte tiefgreifende Auswirkungen. Obwohl der Standard abgeschafft wurde, werden die Namen der JGS-Serie aufgrund ihrer weiten Verbreitung und langfristigen Verwendung immer noch häufig in Industriezeichnungen, Bestellungen und in der technischen Kommunikation verwendet. Viele ältere Ingenieure kennen nur die Bezeichnungen JGS1, JGS2 und JGS3 und sind mit den späteren ZS, KS und HS nicht vertraut.
In der Version des Standards von 1996 wurde die Klassifizierung weiter verfeinert und geändert in: optisches Quarzglas im fernen Ultraviolett (ZS-1), optisches Quarzglas im ultravioletten Bereich (ZS-2), optisches Quarzglas im sichtbaren Bereich (KS) und optisches Quarzglas im Infrarotbereich (HS). In dieser Phase wurde der Bereich des sichtbaren Lichts als separate Kategorie (KS) herausgegriffen, was die damals immer höheren Anforderungen an die Bandselektivität in optischen Geräten widerspiegelte. Bei diesem System deckt die ZS-Serie den ultravioletten Bereich ab, KS entspricht dem Bereich des sichtbaren Lichts und HS entspricht dem Infrarotbereich. Es ist zu beachten, dass es in dieser Version zwei Unterkategorien gab, ZS-1 und ZS-2, die dem JGS1 bzw. JGS2 des ursprünglichen Systems entsprachen.
In der aktuellen Version der Norm aus dem Jahr 2013 wurden die Kategorien in drei Typen unterteilt: ultraviolettes optisches Quarzglas (ZS), sichtbares optisches Quarzglas (KS) und infrarotoptisches Quarzglas (HS). Gegenüber der Version von 1996 ist die bedeutendste Änderung der Wegfall der Unterkategorien ZS-1 und ZS-2, die als ZS vereinheitlicht wurden. Außerdem erscheint der Code JGS nicht mehr im Standardtext. Dies hat auf dem aktuellen Markt zu einer Doppelbenennungssituation geführt: Für dasselbe Material könnte es auf den alten Zeichnungen als JGS1 geschrieben werden, entsprechend ZS in der aktuellen Norm, während Lieferanten es möglicherweise einfach als Quarzglas in Ultraviolettqualität bezeichnen.
Aus der vorherigen Analyse geht hervor, dass die JGS-Serie und die ZS/KS/HS-Serie im Wesentlichen unterschiedliche Namen für dasselbe Material unter verschiedenen Standardversionen sind. Bei der eigentlichen Auswahl ist es wichtiger, das geeignete Quarzglasmodell anhand des spezifischen Arbeitswellenlängenbands zu bestimmen, als sich auf die Benennung selbst festzulegen.
Wenn Ihre Ausrüstung im ultravioletten Wellenlängenbereich arbeitet, insbesondere im tiefen Ultraviolettbereich, wird empfohlen, dem JGS1-Quarzglas oder dem ultravioletten optischen Quarzglas der ZS-Serie Vorrang zu geben. Diese Materialien haben die höchste Durchlässigkeit im kurzen Wellenlängenbereich und die strengste Verunreinigungskontrolle, was sie zur Hauptwahl für Anwendungen wie Ultraviolett-Lithographie, Ultraviolett-Sterilisation und Ultraviolett-Laserübertragung macht.
Wenn Ihr System ein breites Spektrum von ultraviolettem bis sichtbarem Licht abdeckt und Sie bestimmte Kostenanforderungen haben, ist JGS2-Quarzglas eine bewährte, ausgewogene Option auf dem Markt. Seine Durchlässigkeit ist etwas geringer als die von JGS1, aber der Preis ist günstiger, sodass es sich für kostensensible High-End-Geräte wie industrielle Inspektionen und Fluoreszenzanalysen eignet.
Wenn sich Ihre Anwendung auf das Infrarotband konzentriert, wie z. B. Wärmebildtechnik, Infrarot-Temperaturmessung oder CO2-Laser-Lichtweg, dann sind JGS3-Quarzglas oder das infrarotoptische Quarzglas der HS-Serie die am besten geeignete Wahl. Diese Materialien haben einen extrem niedrigen Hydroxylgehalt und keine offensichtlichen Absorptionsspitzen im Infrarotbereich, wodurch sichergestellt werden kann, dass das System im gesamten Infrarotband eine stabile und effiziente Durchlässigkeit erreicht.
Für Anwendungen, die das sichtbare Lichtspektrum abdecken, ist das sichtbare optische Quarzglas der KS-Serie in den aktuellen Normen ein Produkt, das speziell für den Wellenlängenbereich von 400–700 Nanometer optimiert wurde. Es ist zu beachten, dass es im JGS-System kein direkt äquivalentes Modell für KS gibt, da in der Version des Standards von 1981 der Bereich des sichtbaren Lichts nicht separat klassifiziert wurde. Wenn Sie ausschließlich Anwendungen mit sichtbarem Licht benötigen, ist die KS-Serie die präzisere Wahl.
Zusammenfassend besteht das Grundprinzip bei der Auswahl von optischem Quarzglas darin, das Modell anhand des Arbeitswellenlängenbands zu bestimmen, anstatt blind nach höheren Qualitäten zu streben. Es gibt keine absolute Überlegenheit oder Unterlegenheit zwischen JGS1, JGS2 und JGS3. Es handelt sich lediglich um optimierte Ergebnisse für unterschiedliche Anwendungsszenarien. Die Wahl des richtigen Wellenlängenbandes ist entscheidend, um den wahren Wert jedes Quarzglastyps voll auszuschöpfen.
Frage 1: Welche Beziehung besteht zwischen JGS1, JGS2, JGS3 und ZS, KS, HS?
Antwort: Es handelt sich um unterschiedliche Bezeichnungen für denselben Typ von optischem Quarzglas in unterschiedlichen Standardversionen. JGS1 entspricht ZS (Ultraviolett), JGS2 entspricht ebenfalls ZS und JGS3 entspricht HS (Infrarot). Im JGS-System gibt es für KS kein direkt entsprechendes Modell.
Frage 2: In welchem Frequenzband eignet sich JGS1 am besten für den Einsatz?
Antwort: JGS1 eignet sich am besten für den fernen ultravioletten Wellenlängenbereich (185–2500 nm) und wird in hochwertigen optischen Systemen wie Tief-Ultraviolett-Lithographie und Ultraviolett-Lasern verwendet.
Frage 3: Was sind die Hauptvorteile von JGS2 im Vergleich zu JGS1?
Antwort: Der Vorteil von JGS2 liegt in seiner hohen Kosteneffizienz mit hervorragender Durchlässigkeit im ultravioletten bis sichtbaren Lichtbereich, wodurch es für industrielle Anwendungen mit begrenzten Budgets geeignet ist, aber bestimmte Leistungsstandards erfordern.
Frage 4: Warum ist JGS3 für das Infrarotband geeignet, aber nicht für das sichtbare Lichtband?
Antwort: Der Hydroxylgehalt von JGS3 ist extrem niedrig und es gibt keine offensichtlichen Absorptionsspitzen im Infrarotbereich. Allerdings können sich im Inneren winzige Bläschen und Partikelstrukturen befinden, die sichtbares Licht streuen. Daher ist es hauptsächlich für Infrarotanwendungen geeignet.
Frage 5: Was ist der grundlegende Unterschied zwischen JGS1 und JGS3 hinsichtlich des Herstellungsprozesses?
Antwort: JGS1 wird durch den chemischen Abscheidungsprozess hergestellt und weist hohe Reinheit, aber reichlich Hydroxylgruppen auf. JGS3 wird durch Vakuum-Elektrofusion hergestellt und enthält sehr wenige Hydroxylgruppen, möglicherweise aber winzige Bläschen.
Frage 6: Was sind die Grundprinzipien für die Auswahl von Quarzglas?
Antwort: Basierend auf der Auswahl der Arbeitsbänder wählen Sie für fernes Ultraviolett JGS1/ZS; für Infrarot wählen Sie JGS3/HS; Für reines sichtbares Licht wählen Sie KS. Streben Sie nicht blind nach höheren Noten.
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