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BK7

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N-BK7 anciennement BK7 est l'appellation commerciale de Schott AG donnée au verre borosilicate crown le plus utilisé pour des applications dans le spectre visible et l'infrarouge proche[1]. Le BK7 est devenu N-BK7 à la suite d'un changement de composition du verre de manière à le rendre moins dangereux pour l'environnement. Schott AG a remplacé le As2O3 par du Sb2O3, ce qui en l'absence de PbO n'a pas de conséquences sur les propriétés du verre[2]

Sa grande homogénéité, sa faible porosité et sa facilité d'usinage en font un bon matériau pour la transmission optique. Sa plage de transmission s'étend de 380 à 2100 nm. Le BK7 est toutefois sensible à la température, et n'est pas recommandé lorsque celle-ci peut influer sur le bon fonctionnement, comme dans le cas des miroirs de précision.

Dénomination

Le BK7 est nommé selon le standard de Schott, il est l'abréviation de Bor Kron[3] soit Bore Crown, désignant sa composition grossière. Selon le standard international, le BK7 se note 517-642[4]. Schott n'est cependant pas le seul fabricant de BK7, ce nom n'étant que l'appellation la plus répandue pour ce verre fabriqué par la plupart des fabricants de verre mondiaux[3].

Dénominations du BK7 selon les fabricants[5]
Famille du verre nd νd Codification internationale
MIL-G-174-B 		Codifications des principaux producteurs
Schott Pilkington Hoya Ohara Sumita Corning CDGM Nikon-Hikari Potapenko
Crown borosilicate 1.51680 64.17 517-642 N-BK7 BSC517642 BSC7[6] S-BSL7[7] K-BK7 B16-64[6] D/H-K9L J-BK7 K8[8]

Propriétés

Propriétés optiques

Indice de réfraction du BK7 n=1,428148007

Propriétés mécaniques

La dilatation du verre optique BK7 par effet thermique suit une loi de dilatation linéaire où l'évolution de la longueur est proportionnelle à l'évolution de la température  :

On désigne le coefficient de proportionnalité sous le nom de coefficient de dilatation thermique ou CTE.

Pour le BK7, ce coefficient vaut pour la plage de températures allant de −30 °C à + 70 °C qui correspond à un usage grand public. Pour de plus hautes températures, de 20 °C à 300 °C, ce coefficient vaut [9] ce qui est relativement élevé par rapport aux autres verres optiques[10].

Autres propriétés

Le BK7 étant le verre optique le plus produit au monde, peut être fabriqué avec une homogénéité exceptionnelle[11], une équipe ayant réalisé un disque de 400 mm de diamètre et 47 mm d'épaisseur de BK7 avec une inhomogénéité d'indice de ±3 × 10−7[12].

Soumis à un régime femtoseconde ou picoseconde, le BK7 subit des dommages laser, craquage et inhomogénéités d'indice[13]. En régime picoseconde (3ps à 810nm), le verre forme des filaments et un plasma de grande densité sous l'action du laser. À 500fs, une émission intense de couleur bleue accompagne les formations précédentes. Ces filaments vont provoquer des changements d'indice locaux. Il n'y a craquage que lorsque l'intensité du laser dépasse les 10 PW cm−2 : il provient de la génération d'une onde sonore de 5 à 6 km s−1 depuis la zone de focalisation du laser. Cette onde sonore se propage cylindriquement à partir de la caustique du faisceau gaussien du laser. Les ondes sonores sont plus grandes lorsque pour une même intensité de l'impulsion, celle-ci est de l'ordre du picoseconde plutôt que du femtoseconde[14].

Composition

Le N-BK7 fait partie de la famille des borosilicates crown, dont la composition principale est SiO2—B2O3—M2O où M est un métal alcalin. L'oxyde alcalin sert de modificateur de maille et, couplé au trioxyde de bore, permet d'abaisser la température de fusion de la silice seule[11].

Composition approximative[15]
Composant chimique Formule Quantité
Dioxyde de silicium (silice) SiO2 60-70 %
Trioxyde de bore B2O3 10-20 %
Oxyde de potassium K2O 5-15 %
Oxyde de sodium Na2O 1-15 %
Oxyde de baryum BaO 1-10 %
Trioxyde d'antimoine Sb2O3 <1 %
Oxyde de calcium CaO <1 %
Oxyde de titane TiO2 <1 %
Oxyde de zinc ZnO2 <1 %

Variantes résistantes aux radiations

Il existe deux BK7 résistants aux radiations, un étant commercialisé par Schott. Dénommés BK7 G18 et BK7 G25, ils contiennent respectivement 1,8 % et 2,5 % de dopage au CeO2[16].

Utilisations

Exemple de prismes

Le BK7 est le substrat usuel en micro-optique[17] et un matériau typique pour les prismes[18].

Son coût faible (c'est le verre optique le moins onéreux) explique que de nombreuses grilles de prix des verres optiques soient formulées en multiple du prix du BK7.

Notes et références

  1. ↑ (en) « Optical Glass (N-BK7 B270 and others) », sur crystran.co.uk
  2. ↑ //books.google.com/books?id=J0RX1mbhzAEC&pg=PA146
  3. ↑ a et b //books.google.com/books?id=0gwksRktpCQC&pg=PA84
  4. ↑ //books.google.com/books?id=J0RX1mbhzAEC&pg=PA32
  5. ↑ //books.google.com/books?id=J0RX1mbhzAEC&pg=PA40
  6. ↑ a et b L'indice est identique mais la constringence est de 64,20, le code verre est inchangé.
  7. ↑ L'indice est légèrement différent, 1,51633, et la constringence est similaire, 64,15, le code verre est : 516-642
  8. ↑ L'indice et la constringence sont légèrement différents, le code verre est : 516-610
  9. ↑ « Datasheet du BK7 issue du catalogue SCHOTT »
  10. ↑ « Quelques matériaux et composants optiques »
  11. ↑ a et b //books.google.com/books?id=J0RX1mbhzAEC&pg=PA67
  12. ↑ //books.google.com/books?id=J0RX1mbhzAEC&pg=PA100
  13. ↑ //books.google.com/books?id=cycsqYzdyV8C&pg=PA141
  14. ↑ //books.google.com/books?id=cycsqYzdyV8C&pg=PA143-144
  15. ↑ (en) « Safety data sheet Borosilicate NBK-7ptical glass », sur crystran.co.uk
  16. ↑ //books.google.com/books?id=J0RX1mbhzAEC&pg=PA344
  17. ↑ //books.google.com/books?id=0gwksRktpCQC&pg=PA351
  18. ↑ //books.google.com/books?id=Ccx9OM7iph8C&pg=PA176

Articles connexes

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