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美国Optometrics公司是世界著名的光学仪器和部件生产厂家.SPF-290S防晒系数SPF测量系统就是该公司名牌产品.
世界各大光谱仪器公司普遍使用Optometrics生产的光栅,滤光片,单色仪等产品.主要产品包括:
光栅:   复制光栅
 刻划光栅
 全息光栅
 掠入射光栅
 阶梯光栅
 透射光栅
滤光片: 各种滤光片尺寸从12.7 mm到50 mm,中心波长从337nm到1064 nm.
单色仪: 包括各种款式小型单色仪.
SPF-290S 防晒系数SPF测量系统
积木组合式结构光谱仪系统,通过搭配不同的光源,单色仪,探测器等,可以组成不同的应用系统.这些系统性能超群,在分析和仪器市场的用户超过15000家.

 Optometrics生产并销售光谱仪器生产厂商需要的各种部件,欢迎垂询.
 
Optometrics光栅

       Optometrics最主要的特色的产品是光栅,它的光栅衍射效率高,规格齐全,能够满足大多数的应用需求。
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基本参数
尺寸公差                ±0.5mm
厚度公差                ±0.5mm
衍射效率
        刻蚀光栅            60 - 80% at blaze X
        全息光栅            45 - 65% at peak K
通光孔径                90%
刻线相对于边缘的平行度  ±0.5

选择光栅需要考虑的问题
衍射效率:刻蚀光栅(ruled gratings)比全息光栅(holographic gratings)的效率高,因此,荧光激发和诱发辐射等应用应采用刻蚀光栅。从经验来看,刻蚀光栅在2/3和3/2闪耀波长处的一级衍射会会降低一半。

闪耀波长:刻蚀光栅相对于全息光栅,由于“锯齿”槽型,在中心波长附近有比较尖锐的峰值,而全息光栅的光谱响应则相对平缓。刻蚀光栅能够获得以光栅闪耀波长为中心的窄线宽光谱。

波长范围:光栅的光谱范围由刻槽密度决定,对于拥有相同光栅常数的刻蚀光栅和全息光栅,光谱范围是相同的。光栅的最大衍射范围等于两倍的光栅周期,当入射光和衍射光分别与光栅法线成90°的时候,将获得最大的衍射范围。

杂散光:对于拉曼光谱等特殊应用来说,信噪比非常关键,全息光栅将发挥其低杂散光的特有的优势。

分辨能力:分辨能力由刻槽密度决定。然而,全息光栅可以做到3600线/mm,而刻蚀光栅只能做到1200线/mm

矩形/刻槽方向  
    除非单独说明,矩形光栅的刻槽都是平行的。

制造的工艺      
        在19世纪40年晚期,White和Frazer发展了精密的复制工艺,使一个熟练的技术工人就能生产大量的复制光栅(包括刻蚀光栅和全息光栅)。它是一种能够将三维结构光栅转移到另一块基质上的工艺,其再造工艺的公差极小。这种工艺使光栅的商品化成为可能,并且使光栅在光谱仪行业得到广泛推广。

衍射光栅

    衍射光栅是在适当的基质上镀反射膜,并由一系列平行刻槽组成的。相邻刻槽的间距以及刻槽与基质所成的夹角将影响光栅的色散和衍射效率。如果入射光的波长比刻槽间距大的多,就不会发生衍射现象。反之,如果入射光的波长比刻槽间距小的多,刻槽的表面就相当于镜子,镜面反射使衍射也不会发生。
    刻槽的组成形式不同使光栅分成两大类,刻蚀光栅和全息光栅。用刻线机在刻槽表面形成棱角,形成的是刻蚀光栅。根据激光干涉的原理,用全息相干的方法形成的光栅就是全息光栅。
         Optometrics是全世界少数几个能够生产刻蚀和全息两大类光栅,且拥有全套制造设备和工序的公司之一。刻蚀光栅和全息光栅的不同在于他们光学特性以及他们在不用场合应用的特点。

光栅方程
    光栅的通用公式写为:
            \加载中...
  n是衍射级次,λ是衍射波长,d是光栅常数(槽间距),i是入射光于光栅法线的夹角,i’是衍射光与法线的夹角。
  对于特定的衍射级(n),入射角 ( i) 和不同的波长(λ),可以根据公式推出不同的衍射角(i’)。多色的光辐射入射到光栅上就能将不同波长的光区分开。
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刻槽过程

    制作原版光栅或者刻蚀光栅刻槽工艺第一步就是选择适当的基质,通常采用玻璃或者铜,并将其抛光,然后用真空沉积法镀上一层薄薄的铝。刻槽是一个很耗时间的工序,可能需要花上几天时间来安装并测试。划线机根据预定的数量和轨迹进行精确的划槽。同时要进行一系列的测试,测试衍射效率,槽型和杂散光。每一次测试后,整个机构都会作出细微的调整。对于特殊光学特性的槽型,可能要花费一个星期甚至更长时间进行测试。在所有测试完成后,一个原版光栅就基本上刻划好了。显然,原版光栅是相当昂贵的,因此,原版光栅仅仅在需要进行复制工序的时候才用到。
全息相干制造光栅过程
    和刻蚀光栅一样,全息光栅制作的第一步也是选择合适的基质。而基质上镀的是光敏或者感光材料,而不象刻蚀光栅一样镀反射膜。然后将感光材料在激光产生的单色相干光束下暴光。相互作用的激光束形成一系列平行且间隔相等的干涉带,其强度按照正弦规律变化。由于感光材料的可溶性根据变化的相干光的强度而有所变化,因此当感光材料在这样的相干光束下暴光后,就变成反光材料。全息光栅的复制方法和刻蚀光栅相同。
    全息光栅是用光学的方法制造的,因此线型和线密度都能控制得非常精密。也因此而没有周期误差,使得杂散光基本上就没有了。
衍射效率
    影响光栅衍射的主要因素有,刻槽形状,入射角度和膜层的反射。
    光栅的绝对效率是某衍射级单色光所占的百分比。而相对效率是光栅衍射与镀相同膜层平面镜的衍射光强的比值。当对比光栅曲线的时候,这一点是非常重要的。对同一个光栅而言,相对的效率曲线看起来总是比绝对效率更高一些。
    入射角度对光栅的衍射起了重要的作用。因为光栅的结构可以有无数的形式,所以可用标准的几何结构来模拟并进行光栅的计算。在Littrow结构总,衍射级可以按入射光的路径原路引回。刻蚀光栅的闪耀角度就是按照这种结构方式计算出来的。这种结构在激光调谐应用中是很实用的,但是大多数情况下,都要求入射光和衍射光分开。这种入射光和衍射光分开的结构除了会影响最大的波长范围以外,几乎不大影响光栅的使用。除非特别说明,本说明所有的描述都是Littrow结构的一级衍射。
闪耀角和波长
    刻蚀光栅的槽拥有锯齿型结构,一条边大于另一条边。锯齿的长边与光栅平面的夹角就是闪耀角。改变闪耀角使衍射光指向光谱的特定区域,也就是会增加该区域光栅的衍射效率。衍射效率最高的波长就是闪耀波长。
   因为全息光栅不能把衍射级别分的很清楚,因此,全息光栅的衍射效率比刻蚀光栅的低。在某些情况下,他们正弦的结构可以换成和刻蚀光栅效率接近的结构。但是这种情况比较特殊,必须事先声明。例如,当槽间距和波长的比值接近1时,正弦型光栅的效率就和刻蚀光栅基本上一致了。500nm闪耀波长的1800线/mm的全息光栅,其衍射效率可以刻蚀光栅相同。此外,Optometrics还可以采用特殊的工艺,使全息光栅获得闪耀波长为250nm的真正锯齿型。这种结构就是紫外应用中高衍射效率,低杂散光的理想光栅。
分辨能力
    光栅分辨能力可以通过光栅对入射光的截止衍射级推算出来。它也可以用光栅宽度,槽间距和衍射角的形式表示。N线的衍射光栅的理论分辨能力是:
           \

    实际的光栅分辨能力由刻槽精度,以及80~90%高质量刻槽的理论值。
    分辨能力和分辨率一样,是光栅的特性参数,和光栅应用系统的光学和机械特性无关。
系统分辨率
    根据瑞利准则( \  ),光学系统的分辨率由光栅分辨能力,焦距,狭缝尺寸,F数,所有组件的光学质量以及系统准直程序决定。光学系统的分辨率通常会比光栅的分辨能力小很多。
色散
    光栅的角色散是由入射角和槽间距决定的。通过增大入射角或者减小槽间距可以提高角色散。大色散光栅可以在紧凑的光学系统中获得良好的分辨率。
色散是 \ 曲线的斜率。在自准直仪中,色散的公式是:
\这个公式可以用来决定光栅中两个谱线分开的角度或者在给定角度的情况下的带宽。
衍射级别
    对于给定的角度和槽间距,光栅公式都可以根据不同的波长,推算几个衍射级。当入射光缓慢加强的时候,相邻刻槽的衍射都会得到加强。衍射级的产生受到槽间距和入射角(显然<90°)的限制。对于更高的衍射级,效率和光谱范围都会降低,而色散将会增加。衍射级的重叠可以通过改变光源的方向,探测器的位置,和滤波片来解决,而且,对于光栅低次衍射级来说,这个不是主要问题。
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自由光谱范围
    自由光谱范围是在没有光谱重叠的情况,特定的衍射级能够获得的最大光谱带宽。当槽间距减小的时候,自由光谱范围就会增加。衍射级越高,光谱范围越小。如果 λ1和λ2分别是上下极限,那么自由光谱范围就是:
        \
鬼线和杂散光
    鬼线的定义是,由于槽间距的周期误差而产生的假的谱线。干涉测量法可以控制刻槽实现最小的鬼线,而全息过程则可以完全消除它。
    对于刻蚀光栅,杂散光起源于反射表面的不规则和随机误差。全息光栅的相干光在感光材料上的作用,不会受不规则和不确定机械结构影响,因此,杂散光很小。
尺寸
    光栅的标准尺寸有12.5mm到50mm的正方形或者矩形。非标准的规格也可以定制。除非特别说明,矩形光栅的刻线都是平行的。
基质
    各种光栅都可以在浮法玻璃,耐热玻璃或者微晶玻璃上复制。对于3mm,4mm,5mm,6mm,9.5mm和12mm厚度的这三种基质,Optometrics都有库存。其他材料或者厚度也可以定制。
膜层
    用于紫外,可见和红外波段的光栅复制的时候通常都是采用铝膜。因为铝的抗氧化能力和对紫外光的反射能力都比银更强,因此,通常镀的都是铝膜。除了750~900nm以外,从200nm到远红外的范围内,铝的反射率都超过90%。750~900nm的反射率大约为85%。如果在近红外波段要求最大的反射率,或者应用在光纤光学方面,铝层上面一般都会再镀上金。虽然金很软,但是金的抗氧化能力高,且近红外波段的反射率超过96%,2微米以上波段的反射率超过98%。在600nm以下,金的反射率的急剧降低,因此,不推荐其应用在可见和紫外波段。
    电离涂敷层如氟化铝美(AlMgF2)可以保护铝层不被氧化,保持铝在可见和紫外区的高的反射率。金涂敷层和氟化铝美电离层必须在订购的时候提前说明,且需要另外付费。
    虽然金涂敷层可以提高反射率,但是任何涂敷层都会降低损坏阈值两倍以上。
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损坏阈值
标准光栅:
Pulsed ..................350 milli-joules/cm2 @ 200 n sec
CW ......................40 watts/cm2 
P型光栅(脉冲型): 
Pulsed  .................3.5 joules/cm2 @ 200 n sec.
CW ......................80 watts/cm2

CW型光栅(高功率应用的):
Pulsed ................. 3.5 joules/cm2 @ 200 n sec
CW .................... 250 watts/cm2


标准的刻蚀光栅规格:
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高分辨率的的刻蚀光栅规格:
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效率曲线:
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标准的全息光栅规格:
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高分辨率的的全息光栅规格:
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效率曲线:
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高分辨率阶梯光栅型号:
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耐热光栅型号:
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耐热阶梯光栅型号:
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几种特殊用途的光栅:
    下面介绍几种针对不同应用的光栅。
染料激光器的Littrow光栅反射镜
    可以通过沿着平行于刻线的轴旋转Littrow光栅来调谐染料激光器的输出波长。波长和入射角的计算公式是nλ=2dsin      i。通过这个公式,就可以计算光栅相对于激光的角度i,而且这样可以获得Littrow波长附近的窄线宽输出。通过增加色散,可以降低增益。角色散的公式是:
      \
    通过附加法布里-波罗标准具可以提高激光腔的波长选择能力。通常染料激光器的光谱压缩能力非常高,典型效率是70%。
    光栅通常用两种结构:Littrow和掠入射。如下图所示:
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基本参数
尺寸公差                 ±0.5mm
厚度公差                 ±0.5mm
衍射效率
   刻蚀光栅              60 - 80% at blaze X
   全息光栅              45 - 65% at peak K
通光孔径                 90%
刻线相对于边缘的平行度     ±0.5
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掠入射光栅
    掠入射是既可以调谐波长,又可以提高染料激光分辨率的经济简单的结构。全息光栅作为染料激光器的全反腔镜,入射光几乎是垂直于光栅法线的方向入射。89°入射可以使激光覆盖光栅大部分面积,且角色散和功率的分散都明显增加。光栅和反射镜(12.7mm×50.8mm)的组合可以优化掠入射。光栅的闪耀角是固定的,因此,可以通过旋转反射镜来调谐波长。激光在掠入射光栅中衍射两次,使分辨率双倍提高。而光栅效率会更低,但这可以通过染料激光器的高增益来弥补。
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基本参数
光栅
  厚度 ............... 9.5mm±0.5mm
  分辨率.............. 理论值的90%
掠入射的效率
  单通.......................... 约24%
  双通.......................... 约4%
反射镜
  膜层.......................... AlSiO
  厚度 ......................... 9.5mm±0.5mm
 
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分子激光光栅(ML gratings)
     ML光栅是通常用来作为全反射腔镜调谐分子激光的原版光栅或复制光栅。原版光栅是对镀三磷化镍(kanigen)的铜基质的铝层进行刻蚀,获得高损伤阈值,从而可用在高功率的分子激光器中。
     分子激光或者燃料激光器的输出波长可以通过围绕平行于刻线的光轴,转动Littrow结构的光栅来进行调谐。光栅方程是:nλ = d(sin i + sin i’)
    这里n是衍射级,λ是衍射波长,d是光栅常数(连续刻线的间隔),i是从法线到光线的入射角,i’是从法线到光线的衍射角,满足nλ = 2d sin i公式的结构就是Littrow结构。
    调节入射角i可以选择窄增益曲线的输出。
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闪耀角和调谐
    因为ML系列光栅是为获得峰值偏振效率,刻线角并不等于光栅的Littrow闪耀角。所以He-Ne激光器在用光栅进行波长选择的时候,最亮的衍射级和光栅的闪耀波长不一定一致。首先必须根据需要的波长计算对应的He-Ne激光器的衍射级,不管他的强度如何。光栅的旁边和背面会标的箭头应该按照下面所显示的方向定。
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偏振
    典型的衍射效率曲线说明,任何情况下,E矢量垂直于刻线将使效率提高。当要优化激光腔的Q值的时候,偏振问题就必须考虑了。特别是当激光腔中插入了辅助部件的时候,例如布儒斯特窗等。
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膜层
    ML光栅可以镀金膜,用来提高10.6微米激光反射率1%,但是单通的损伤阈值会降低。镀膜光栅都不考虑损伤阈值。
主要参数
通光口径.......................90%
线边平行度 ....................± 0.5°
尺寸公差 ..................... ± 0.5 mm
厚度:
  原版光栅 ..................10 mm ± 0.5 mm
  复制光栅 ..................9.5 mm ± 0.5 mm
损伤阈值
  原版光栅:
    CW laser ............................ 1 KW/cm2
    Pulse laser  (100 nsec pluse) ....... 7 J/cm2
  复制光栅:
    CW laser ...........................250W/cm2
   Pulsed laser (200nsec pulse) ........ 3.5 J/cm2
ML光栅主要参数
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    垂直偏振的光最高可获得92%~96%的峰值效率。原版的ML光栅是直接刻划铜基质铝层,因此损伤阈值非常高。标准的ML光栅可供选择的闪耀波长(2.8μ~16.0μ)和线密度(75g/mm~450g/mm)。
原版和复制ML光栅
         ML光栅是通常用来作为全反射腔镜调谐分子激光的原版光栅或复制光栅。原版光栅是对镀三磷化镍(kanigen)的铜基质的铝层进行刻蚀,获得比在耐热玻璃上制作的复制光栅更高的损伤阈值。
方形ML光栅
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矩形ML光栅
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圆形ML光栅
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典型效率曲线
\加载中...
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金刻蚀光栅
    该系列光栅主要用于高功率以及高效率的应用。
   我们在金材料上设计和刻蚀光栅,用于红外波段(4~12微米)的激光应用。金光栅特别适合于追求高效率红外激光应用。在高功率应用中,为了避免高功率激光打坏光栅,通常都要在光栅上镀一层铝。该系列光栅的基质是不胀钢或者陶瓷。如果您希望用其他基质,可以和顶尖公司联系。
性能
●在特殊基质上刻蚀的金层可以用于4~12微米的应用。
●在铜基质上铝层刻蚀出来的是标准的分子激光光栅。

 

主要参数

线密度g/mm  .............. 70~ 450
工作范围(µm) ............. 4~12
基质  ................... 铜,不胀钢,陶瓷,硅
通光孔径  ............... 90%
划线与边缘的平行度 ....... ± 0.5°
尺寸公差 ................ ± 0.5 mm
厚度公差  ............... ± 0.5 mm
典型峰值效率(偏振).................≥95%

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可见光和近红外透射光栅

    透射光栅是衍射光和入射光在相反面传播的工作方式,它主要应用在可见和近红外光谱研究领域。透射光栅对准直误差和偏振态都不敏感。为了获得高的衍射效率,透射光栅的线密度不高。随着衍射角和线密度的增加,材料的折射率限制了长波激光的传输,使其截止。透射光栅可以镀针对选定波长的高透膜,而对于选定波长之外,高透膜的效果就不能达到理想的程度。
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基质........................Schott B270
厚度 .......................3mm nominal
尺寸公差 ................... ±0.5mm
厚度公差 ................... ±0.5mm
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可见光的透射光栅型号:
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近红外的透射光栅型号:
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紫外透射光栅

   通过选择UV材料可以获得透射紫外光栅,最短波长可达235nm。透射光栅可以镀针对选定波长的高透膜,而对于选定波长之外,高透膜的效果就不能达到理想的程度。
基质 ........... UV级熔融石英
厚度 ..................平2mm
尺寸公差 ..........±0.5mm
厚度公差 ......... ±0.2mm
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反射分束/合束器
    反射分束/合束器是由每毫米4对高反微镜组成,并镀上铝膜,可对200nm到远红外的宽带光源进行操作。由于铝的特性,可见光和红外光的测量误差在2%以内。刻蚀分束/合束器的线间距都是4条/mm,形成对称的三角结构,这种结构有利于集中光束。
工作范围 ..................... UV to far infrared
线间距 ...................... 4 per mm
线型 ..................... Symmetrical对称
基质 ........................ Pyrex
衍射效率 ..................典型值80%
标准角度 .....................30°,45°,60°
损伤阈值:pulsed .............350 milli-joules/cm2@ 200 ns
损伤阈值:CW ..................40watts/cm2
标准尺寸 ......................25mm×25mm;50mm×50mm.
厚度 ..........................6.0mm ± 0.5mm
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透射光栅分光器

    透射光栅分光器通常是用于分束以及把可见光进行合束。该分光器是在抛光的玻璃材质上外延生长的折射率匹配材料,以获得更高的衍射效率。主要用于He-Ne激光器的分束。有几种不同色散和功率分布的光栅可供选择。可通过以下公式来计算衍射角和波长:
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加载中...是n级衍射的衍射角;n是衍射级次; 加载中...是光的波长;d是光栅周期。
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材料 ........................... Schott B270
尺寸 ....................... 最大25mm×25mm
厚度 ....................... 典型值3mm
公差 .......................... ± 0.5 mm
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反射/透射Polka Dot波卡点阵分光镜
    Optometrics提供250nm-2000nm或者400nm-2000nm的恒定反射率和透射率的宽带分光镜。这些分光镜是在UV级的熔融石英或者B270玻璃基质上用真空沉积一层铝膜。基质孔上的铝膜使反射光束呈现波卡点的阵列,而没镀铝的部分则透射出基质。
分光比公差 ........................± 5%
最小光束直径 ......................2 mm
工作范围 ....... ..... .......250 to 2000nm (熔融石英)
膜型.......................... 方形孔
基质 ......................... UV级的熔融石英或者B270玻璃(只是VIS/NIR)
厚度 ............................. 1.5 mm nominal
尺寸公差 ......................... +0.0mm, -0.5mm
设计角度 ........................ 45°
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UV级的熔融石英分光镜
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B270玻璃分光镜
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光栅包

  每个光栅包包含4片不同的衍射光栅,闪耀波长范围从250nm到 1.2 μm,600线/mm或者1200线/mm的光栅有两个尺寸可打包选择。
材料 ..................... BK7 或者浮法玻璃
尺寸 ........................ 12.7mm×12.7mm;25mm×25mm
厚度 ........................ 6mm - 9.5mm
尺寸公差 ..................... ± 0.5 mm
衍射效率 .................. 闪耀波长为60-80%
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排序方式-

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