BK7
verre commercial de Schott AG
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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].
| 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 (3 ps à 810 nm), le verre forme des filaments et un plasma de grande densité sous l'action du laser. À 500 fs, 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].
| 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].
