FTIR、ATR 與中紅外應用用氟化鈣（CaF₂）窗片
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氟化鈣（CaF₂）光學窗片是 一種鹼性氟化物單晶窗片，從 130 nm（真空紫外）到 9 µm（中紅外）有高透射，用於 FTIR 比色皿、ATR 配件、中紅外雷射光學，與 X 射線光譜 ，此處標準石英在 3.5 µm 以上變不透明、藍寶石在 5 µm 以上。CaF₂ 機械上比石英軟（Knoop 158 vs 540）、在長時間尺度可溶於水，但它超越石英的紅外窗口使它對碳氫化合物、生物分子與氣相紅外工作不可或缺。
單晶 CaF₂ · FTIR · ATR · 中紅外 · 準分子雷射
FTIR、ATR 與中紅外應用用氟化鈣（CaF₂）窗片
CaF₂ 涵蓋任何常見光學材料中最寬的光譜範圍——從真空紫外的 130 nm 到中紅外的 9000 nm。它是 FTIR 樣品比色皿、ATR 晶體與 193 nm ArF 準分子雷射光學的標準窗片材質。本指南涵蓋透射特性、軟又吸濕的處理現實、FTIR 樣品比色皿構造、ATR 幾何、在乾燥環境中的安裝，以及 MachinedQuartz 為 OEM 夥伴製造的客製 CaF₂ 幾何。
130–9000 nm
最寬範圍
Mohs 4
軟——小心處理
61
現貨 SKU
2 件
客製起訂量
氟化鈣是獨一無二涵蓋最寬可用波長範圍的光學材料。從真空紫外的 130 nm（深到足以做 ArF 準分子雷射工作與同步輻射光束線）到中紅外的 9 µm（涵蓋整個 FTIR 指紋區），CaF₂ 在熔融石英與藍寶石都不能的地方透射。光這個優勢就讓它成為 FTIR 樣品比色皿、ATR 晶體、光刻光學，以及任何在單一光路裡結合深紫外與中紅外要求的應用的事實上的窗片材質。
代價是機械與化學的脆弱。CaF₂ 是 Mohs 4（軟、易刮）、部分可溶於水與酸、數月內吸濕、對熱震敏感。有效率地用 CaF₂ 意味著把它與藍寶石或石英區別對待：在乾燥器裡乾儲、只用拭鏡紙清潔、控制溫度斜升。本指南涵蓋何時 CaF₂ 是對的材質、如何正確處理它，以及它基本上不可替代的 FTIR 樣品比色皿、ATR 晶體與準分子光學應用。61-SKU 的 MachinedQuartz CaF₂ 系列涵蓋從 Ø 6 mm 到 Ø 50 mm 的現貨尺寸；客製幾何對 OEM 工作是例行。
MachinedQuartz 想讓你知道的。 客製 CaF₂ 幾何 2 件起——你不需要 50 件的承諾就能拿到客製直徑、客製厚度或楔形幾何。客製 CaF₂ 的交期通常 18–30 個工作日（比藍寶石略長，因為供應鏈較窄）。特殊需求（特定取向、調到你雷射波長的 AR 鍍膜、ATR 晶體角度），我們與合格的真空鍍膜與晶體取向夥伴合作。寄來草圖與數量；我們一個工作日內回覆。
1. 為何 CaF₂ — 光譜範圍的論點
氟化鈣有一個特定理由被證明合理：沒有其他常見光學材料能匹敵的光譜涵蓋。130–9000 nm 範圍涵蓋真空紫外（同步輻射光束線、193 nm 的 ArF 準分子雷射）、整個 UV-Vis-NIR（石英與藍寶石也能用之處），以及關鍵的中紅外指紋區（5–9 µm），此處石英與藍寶石都不透射。
CaF₂ 是唯一實際選擇之處
- 指紋區（5–9 µm）的 FTIR 樣品比色皿： 藍寶石在 5 µm 截止、石英在 2.5 µm。CaF₂ 涵蓋整個 FTIR 分析帶。ZnSe 與 Ge 延伸到 9 µm 以上、但更暗且更貴。
- 193 nm ArF 準分子雷射光學： CaF₂ 在 193 nm 乾淨透射；熔融石英在那裡開始顯著吸收；藍寶石在其紫外截止。CaF₂ 是 ArF 光刻光學、眼科手術與 193 nm 研究的標準。
- 190 nm 以下的 VUV / 真空紫外應用： CaF₂ 透射到 ~130 nm（唯一在 150 nm 以下有顯著透射的常見材料）。用於同步輻射光束線窗片、真空紫外光譜與天文物理儀器。
- 結合深紫外 + 中紅外的應用： 當一個光路同時需要紫外與中紅外（多波長感測器、交叉耦合光譜系統），CaF₂ 是單一材質的解法。
CaF₂「不是」對的選擇之處
- UV-Vis 例行工作（200–700 nm）： 成本 1/3 到 1/10 的熔融石英是較好的選擇；CaF₂ 是過剩
- 高壓或機械應力應用： CaF₂ 軟（Mohs 4）又脆——藍寶石才是壓力比色皿對的材質
- 吸濕環境（長期潮濕空氣曝露）： CaF₂ 數月內降解；選藍寶石或石英
- 9 µm 以上的中紅外： ZnSe（透到 14 µm）或鍺（到 14 µm）接手
- 激烈酸環境（礦物酸潑濺）： CaF₂ 在 HCl、HNO₃、H₂SO₄ 裡緩慢溶解——不適合直接酸曝露
2. CaF₂ 基礎——生長方法與等級
氟化鈣是一種合成生長的立方單晶材料（螢石結構）。三種生產方法涵蓋商業市場。
生長方法
- Bridgman-Stockbarger： 主導方法。石墨或鉑坩堝裡的熔融 CaF₂ 緩慢通過一個溫度梯度，產出直徑達 200–300 mm 的單晶錠。幾乎所有光學級 CaF₂ 窗片都用。
- Czochralski： 藍寶石與矽用的同樣方法。對 CaF₂ 較少見，因為 Bridgman 對氟化物給出更好的光學均勻性。用於非常高純度的雷射級材料。
- 天然螢石： 開採的螢石（同樣的礦物）有時用於經濟型紅外光學，但含降低透射的雜質，不用於分析 FTIR 工作。所有 MachinedQuartz CaF₂ 都是合成單晶。
等級
- 紫外級（有時叫「UV 級」或「VUV 級」）： 最高純度、最低散射、透射為 130–300 nm 最佳化。用於 ArF 準分子雷射光學、VUV 光譜。比標準約溢價 50%。
- 紅外級 / 標準級： FTIR 樣品比色皿、ATR 晶體、中紅外光學的主力。雜質比紫外級略高、但對標準 CaF₂ 雜質不吸收的 1–9 µm 範圍足夠。MachinedQuartz 預設。
- 雷射級： 為高功率 193 nm ArF 雷射腔光學提供更嚴的散射與吸收規格；約溢價 100%。OEM 雷射系統訂單可依需求提供。
晶體取向與雙折射
CaF₂ 是立方的（無固有雙折射）。標準窗片通常以 (111) 晶面平行拋光面供應，因為這是天然解理面、提供略好的拋光品質。(100) 取向也可供、但拋光較貴。對多數窗片應用取向不明確指定。
3. 透射光譜——什麼讓 CaF₂ 獨特
130–9000 nm 透射範圍就是 CaF₂ 在特定應用上相對熔融石英溢價的理由。關鍵特徵：
130 nm 的深紫外截止
CaF₂ 在真空紫外向下透射到約 130 nm。這低於每個其他常見光學材料的實用截止：熔融石英在 190 nm 截止、藍寶石在 185 nm、MgF₂ 在 120 nm（深紫外比 CaF₂ 好、但中紅外較差）、LiF 在 105 nm（紫外最佳、但機械上弱）。對 193 nm ArF 準分子雷射工作，CaF₂ 未鍍膜每面給 92% 透射，相對熔融石英 88%、藍寶石 85%。
優異的 UV-Vis-NIR 透射
跨標準 UV-Vis-NIR 範圍（200–1500 nm），CaF₂ 每面透射 > 92%。這與熔融石英和藍寶石相當；CaF₂ 對例行可見光工作不提供能證明其成本合理的 UV-Vis 優勢。
到 9 µm 的中紅外透射
這是殺手級應用。中紅外指紋區（5–9 µm，相當於 2000–1100 cm⁻¹）是多數有機分子振動出現之處：C-H 彎曲、C-N 伸縮、C-O 伸縮、P=O 伸縮。CaF₂ 乾淨地透射過整個範圍；藍寶石在 5 µm 截止、石英在 2.5 µm。對涵蓋分析指紋區的 FTIR 樣品比色皿，CaF₂ 是標準。
CaF₂ 在哪裡截止
9 µm 以上 Ca-F 晶格振動開始吸收、透射急降：9 µm 時 80%、10 µm 時 50%、到 12 µm 近零。9 µm 以上的 FTIR 工作，ZnSe（每面 8% 吸收、透到 14 µm）是標準替代；14 µm 以上的遠紅外，KBr 或聚乙烯窗比色皿接手。
折射率與色散
CaF₂ 在 588 nm 的折射率：1.434（低於石英的 1.458 與藍寶石的 1.768）。低折射率給 CaF₂ 三者中最低的菲涅耳反射（未鍍膜每面 ~3%，相對石英 4%、藍寶石 7.4%）。對寬頻未鍍膜窗片，這是小但真實的效率優勢。
4. 軟又脆的現實——機械性質
CaF₂ 在三種常見光學窗片材料中機械上最脆弱。這決定了它必須如何處理、以及哪裡不該指定它。
| 性質 | CaF₂ | 藍寶石 | 熔融石英 |
|---|---|---|---|
| 硬度（Mohs） | 4 | 9 | 5.5-6.5 |
| 維氏 HV（kg/mm²） | 158 | 1900 | 600 |
| 努氏（kg/mm²） | 140-160 | 1370 | 540 |
| 抗壓強度 | ~ 100 MPa | ~ 2 GPa | ~ 1 GPa |
| 抗拉強度 | ~ 35 MPa | ~ 350 MPa | ~ 50 MPa |
| 楊氏模數 | 76 GPa | 345 GPa | 73 GPa |
| 密度（g/cm³） | 3.18 | 3.97 | 2.20 |
| 熱膨脹 | 19 × 10⁻⁶ /K | 5.6–6.6 | 0.55 |
| 最高溫度（乾） | 800 °C | 1500–1800 °C | 1100 °C |
| 解理 | (111) 完全 | 無 | 無 |
「Mohs 4」在處理實務上的意思
- 沙粒刮 CaF₂： 任何 ~5 µm 以上的矽石或石英灰塵在正常手壓下都能留下可見刮痕。永遠在擦拭前吹清。
- 紙巾（Kimwipe）留下微刮痕： 只用拭鏡紙、麂皮，或為軟光學設計的雷射清潔拭布。
- 鑷子接觸損壞光學面： 永遠戴手套從邊緣拿；絕不讓金屬鑷子接觸拋光面。
- 沿 (111) 面解理： CaF₂ 沿 (111) 晶面天然解理。避免衝擊載荷——尖銳衝擊能沿解理方向把窗片乾淨地裂開。
熱震敏感性
CaF₂ 的熱膨脹係數是 19 × 10⁻⁶ /K——約熔融石英的 35x、藍寶石的 3x。這個高 CTE 結合 (111) 解理使 CaF₂ 對熱震高度敏感：
- 最大溫度斜升：加熱時 ~50 °C/min；冷卻時 ~30 °C/min
- 熱 CaF₂ 與冷溶劑突然接觸（例如把 60 °C 的窗片丟進 20 °C 的清潔浴）造成立即開裂
- 熱窗片在任何清潔步驟前必須冷卻到常溫 30 °C 內
- 在熱循環環境中安裝需要耐 CTE 的安裝（O 環面密封或浮動安裝、不是直接環氧黏合）
我們在客戶回饋裡看到的最常見 CaF₂ 失效模式。 (1) 粗糙擦拭造成的刮傷窗片（用 Kimwipe 而非拭鏡紙）——約 30% 的破窗索賠。(2) 潮濕儲存（無乾燥器）造成的表面起霧——約 25%。(3) 清潔時熱震造成的開裂（熱樣品 + 冷沖）——約 20%。(4) 鑷子接觸造成的邊緣缺角——約 15%。(5) 摔落或衝擊造成的解理裂——約 10%。五者都能用正確的處理 SOP 預防；有紀律的話，CaF₂ 窗片用好幾年。
5. 吸濕處理與耐化學性
CaF₂ 在長期曝露於大氣水蒸氣下降解。降解緩慢但累積：數月內，曝露的表面發展出半透明的霧（緩慢水解成 Ca(OH)₂ 與 HF 的結果）。表面粗糙度增加、透射下降、拋光面變得無法修復。
儲存規程
- 使用中： 把窗片存在配新鮮矽膠或無水硫酸鈣的乾燥器裡，RH < 10%。乾燥劑變色時更換（藍矽膠飽和時通常變粉紅）。
- 長期儲存： 乾 N₂ 吹掃櫃或真空乾燥器，RH < 5%。高階參考標準（雷射級實驗室工作）有時用密封抽真空容器。
- 已安裝使用（FTIR 比色皿）： 配 O 環密封的組裝比色皿保護內面不接觸空氣。窗片外面仍曝露、組裝比色皿儲存時需要保護。
- 運輸 / 出貨： CaF₂ 窗片以泡棉緩衝盒配一小包乾燥劑出貨。如果包裹運送超過 30 天，乾燥劑應更換。
清潔規程
- 用空氣去灰塵： 壓縮空氣或橡膠球（無液體）吹走擦拭時會刮的顆粒
- 拭鏡紙配乾甲醇： 拭鏡紙上一滴 HPLC 級甲醇（Kimtech 雷射清潔、Thorlabs 拭鏡紙或同等）；只朝一個方向輕擦
- 在燈下檢查： 在強斜角光下拿著；任何可見的條紋或液滴痕跡都代表重清
- 倒置風乾： 在拭鏡紙上或乾燥器裡
- 絕不單獨用水： CaF₂ 部分可溶於水；即使純水也留下輕微表面蝕刻
- 絕不重複用丙酮： 某些商業丙酮含微量會緩慢蝕刻 CaF₂ 的 HF 或 HCl；偏好甲醇或無水乙醇
耐化學性
| 化學品 | 相容性 | 備註 |
|---|---|---|
| 純水（室溫） | 微溶 | ~ 16 mg/L 溶解度；表面數小時內蝕刻 |
| 純水（熱） | 可溶 | 避免；乾淨地侵蝕 CaF₂ |
| 礦物酸（HCl、HNO₃、H₂SO₄） | 可溶 | 直接接觸溶解 CaF₂ |
| HF（氫氟酸） | 耐受 | 共離子抑制；CaF₂ 是 F 源礦物 |
| NaOH、KOH（稀、室溫） | 耐受 | 高 pH 緩慢侵蝕；短時間曝露通常 OK |
| 甲醇、乙醇、異丙醇 | 惰性 | 標準清潔溶劑 |
| 丙酮 | 一般惰性 | 微量酸雜質可能造成緩慢蝕刻；少用 |
| 己烷、庚烷、甲苯 | 惰性 | 標準非極性溶劑 |
| 含氯溶劑 | 一般惰性 | 光解產生的微量 HCl 隨時間能蝕刻 |
基本準則： 任何含水清潔步驟之後都必須立即用甲醇或無水乙醇沖洗以置換殘留水。絕不讓 CaF₂ 濕著放，尤其水裡有微量酸或鹽時。
6. FTIR 樣品比色皿——CaF₂ 的主導應用
FTIR 樣品比色皿是多數 CaF₂ 窗片的用途。標準構造是兩片 CaF₂ 窗片以界定光程的校正 PTFE（或鉛）墊片隔開，全夾在不鏽鋼可拆卸座裡。樣品以薄膜、純液體或溶液裝在窗片之間。紅外光束穿過一片窗片、穿過樣品膜、從第二片窗片出去到偵測器。
標準 FTIR 比色皿尺寸
| 元件 | 標準尺寸 | 選型備註 |
|---|---|---|
| 窗片直徑 | 13、25 或 32 mm | 選來配座；25 mm 最常見 |
| 窗片厚度 | 1、2、3 或 4 mm | 更厚 = 更好的機械強韌；2 mm 典型 |
| 墊片厚度 | 25、50、100、200、500 µm | 界定樣品光程 |
| 墊片材質 | PTFE（預設）或鉛 | 例行用 PTFE；熱或溶劑不相容工作用鉛 |
| 每次充填樣品體積 | 10–500 µL | 墊片厚度與窗片直徑的函數 |
| 座格式 | 可拆卸螺紋 | Specac、PIKE、Pearl、ThermoFisher 的標準或自製 |
依樣品類型選光程
- 純液體（有機物、油）： 25–50 µm 墊片（發色團濃；需要薄光程）
- 水相樣品（蛋白質、碳水化合物）： 50–100 µm（水在指紋區強吸收；更厚的光程飽和）
- 非水溶劑中的稀樣品： 100–500 µm
- 鑄在窗片上的高分子膜： 膜厚通常 5–25 µm、不需墊片
- 薄固體樣品（KBr 錠、糊劑）： 0.5–1 mm；用單窗片襯底
客製 FTIR 比色皿窗片。 如果你在設計新的 FTIR 比色皿、或需要既有座的替換窗片，寄來直徑、厚度與任何 AR 鍍膜要求。我們例行供應 1–4 mm 厚的 13、25 與 32 mm CaF₂ 窗片；6–100 mm 直徑、0.5–5 mm 厚範圍內的客製尺寸 18–30 個工作日出貨。客製 2 件最低。
7. ATR 晶體——45° 的表面分析
衰減全反射（ATR）是固體樣品、高分子、生物膜、生物組織，以及任何為透射 FTIR 製備薄膜不實際的樣品的主導 FTIR 技術。紅外光束以 45° 進入斜角晶體、多次全內反射、從對面斜角出去。在頂面每個 TIR 點，倏逝場穿入與晶體接觸的任何樣品 ~1 µm——這就是產生 ATR 光譜的東西。
CaF₂ vs 其他 ATR 晶體材料
- 鑽石（單次反射 ATR）： 例行 FTIR-ATR 的現代標準。硬、化學惰性、寬光譜範圍。我們不供應鑽石 ATR 晶體；超出我們的製造範圍。
- 硒化鋅（ZnSe）： 多反射 ATR 的主力。600 nm 到 15 µm 範圍；折射率 2.4（穿透比 CaF₂ 淺）；中等耐化學性。我們不供應 ZnSe 晶體；專門的晶體生長鏈。
- 鍺（Ge）： 供穿透淺重要的高折射率工作。2–15 µm；對可見不透明（無視覺對準）；對多數化學惰性。專門供應。
- CaF₂： 可供、但因 CaF₂ 的溶解度而限於溫和樣品。用於樣品非水非酸的短光程單反射工作。多數 ATR 工作用 ZnSe 或鑽石而非 CaF₂。
何時 CaF₂ ATR 合理
CaF₂ ATR 用於應用結合 同一樣品上的 UV-Vis-IR 多模偵測 （CaF₂ 在 ATR 提供中紅外分析的同一晶體裡透射可見/紫外）時，或當樣品確實非水且穩定（例如乾高分子膜、有機晶體、純油）時。對典型生物或水相樣品，ZnSe 或鑽石才是對的 ATR 材質；CaF₂ ATR 是特殊。
MachinedQuartz 為 FTIR 供應什麼。 我們做標準可拆卸比色皿座裡用的標準 CaF₂ 透射窗片（圓或方板）。我們目前不供應梯形 ATR 晶體、多反射 ATR 光學或 ZnSe/Ge 晶體——那些是下游的專門光學製造工廠。FTIR 透射比色皿窗片我們是有競爭力的供應商；ATR 晶體組件請參考專門的 ATR 供應商（Specac、PIKE、Crystran ATR 產品或同等）。
為你的 FTIR 比色皿客製 CaF₂ 窗片？
寄來直徑、厚度、AR 鍍膜（如有）與數量。2 件起訂。一個工作日內回覆。
8. 193 nm ArF 準分子雷射光學
193 nm 的氟化氬準分子雷射已成為一項主要的工業技術：先進半導體製造的光刻（193 nm 的 DUV 製程）、屈光眼科手術（193 nm 的 LASIK），與研究級光化學。CaF₂ 是這些雷射的標準窗片材質，因為：
- 193 nm 透射： CaF₂ 未鍍膜每面透射 ~92%；熔融石英即使在 JGS1 深紫外等級也顯著吸收；藍寶石在其紫外截止
- 低吸收： 雷射級材料的 CaF₂ 193 nm 吸收係數 < 0.001 cm⁻¹；這對被吸收功率變成熱負載的高功率系統重要
- 高雷射誘發損傷閾值（LIDT）： 短脈衝工作下 CaF₂ 在 193 nm 的 LIDT 約 5–15 J/cm²，對幾乎所有商用 ArF 系統足夠
光刻
193 nm DUV 光刻
先進半導體光刻（次 100 nm 節點）用 193 nm ArF 雷射。CaF₂ 供投影鏡片元件、光束整形光學、光罩基板。嚴苛的光學規格（λ/10 平整度、刮痕-點 5-2、IBS 鍍 AR）。
眼科手術
LASIK / PRK 眼科雷射
準分子雷射角膜消融系統用 CaF₂ 供輸出耦合器、光束遞送光學與病患側窗片。FDA 規範的醫材應用；合規的供應鏈重要。
研究
193 nm 研究雷射
Coherent ExciStar、Lambda Physik、GAM Laser 與類似的研究級 193 nm 光源。CaF₂ 供光束導向光學、輸出耦合器、樣品介面。每個系統客製尺寸。
光化學
光化學與光解
供自由基化學、光解離、大氣化學研究的 193 nm 光解比色皿。CaF₂ 比色皿窗片讓 193 nm 光解波長透射、同時通過較長波長的探測。
9. 中紅外光譜應用
除了桌上型 FTIR 樣品比色皿，CaF₂ 服務幾個特殊的中紅外應用。
製程 FTIR（線上監測）
整合進化學製程線（製藥、高分子、石化）的 FTIR 分析儀用 CaF₂ 窗片做樣品介面。製程壓力通常適中（1–5 bar）、溫度 25–80 °C、製程介質連續流過窗片。窗片更換週期：依製程激烈程度 6 個月到 2 年。
中紅外感測器（氣體偵測、洩漏偵測）
供 CO₂、CO、CH₄、NO₂ 與其他小分子氣體偵測的非色散紅外（NDIR）感測器在光路裡用 CaF₂ 窗片。供大氣或工業監測的長光程吸收比色皿（50–100 cm 折疊光程）也用 CaF₂ 或 ZnSe 端窗。
顯微光譜與成像 FTIR
FTIR 顯微（Bruker Hyperion、ThermoFisher Continuum、PerkinElmer Spotlight）用 CaF₂ 或 BaF₂ 基板與聚光器。樣品比色皿格式較小（~ 5–13 mm）、為聚焦光束幾何需要更嚴的尺寸公差。
同步輻射中紅外光束線
同步輻射源中紅外光束線（通常 4 µm 到 100 µm，經 CaF₂ + 鑽石窗片組合）用 CaF₂ 做需要寬頻透射的可見/紫外端窗片。特殊工作；通常客製報價。
10. 200 nm 以下的 VUV / 同步輻射應用
在真空紫外（VUV）200 nm 以下，多數材料變不透明。CaF₂ 是少數向下透射到 130 nm 的之一：
- 同步輻射光束線窗片： VUV 同步輻射光束線的 CaF₂ 或 LiF 進/出窗片。130 nm 以下的波長，MgF₂（透到 ~120 nm）或 LiF（到 ~105 nm）是替代。
- VUV 光譜： 130–200 nm 範圍的天文物理、大氣化學、電漿診斷用 CaF₂ 比色皿窗片。例：萊曼-α（121.6 nm）偵測需要 LiF；150–180 nm 的分子吸收通常用 CaF₂。
- 準分子燈光學： 172 nm 氙準分子燈系統在光萃取重要時用 CaF₂ 做燈管或外部光學窗片。
- 真空單色器： McPherson、Acton VUV 單色器系統依所需波長範圍用 CaF₂ 或 MgF₂ 進/出窗片。
VUV 光學處理。 與一般 CaF₂ 相同的吸濕與軟材料警告適用，但 VUV 應用對表面汙染更敏感，因為薄汙染層吸收 VUV 比可見光更強。VUV 級 CaF₂ 需要潔淨室處理、特定的 UHV 相容清潔規程，與排定的重新拋光或更換。
11. 安裝與密封——乾燥環境問題
CaF₂ 安裝有光學窗片安裝的所有標準考量（真空相容、熱循環、機械壓縮），加上防潮的獨特限制。三種做法居主導。
O 環面密封（FTIR 比色皿的標準）
窗片在不鏽鋼座裡壓著 Viton O 環。O 環密封氣密到 ~10⁻⁶ mbar；窗片內面被密封保護不接觸大氣水分。外面仍曝露、組裝比色皿儲存時需要保護。標準 FTIR 樣品比色皿座（Specac、PIKE、ThermoFisher）全用這做法。
環氧黏合（供永久安裝）
一體式密封組件（工業製程探頭、航太光學），CaF₂ 可環氧黏合到金屬法蘭。用低出氣光學環氧（Norland 61、EPO-TEK 301）與 CTE 匹配的法蘭材質（CTE 1.6 的 Invar，或 CTE 23 配控制膠線厚度的鋁）。直接黏到不鏽鋼（CTE 17）是最差的組合，因為相對 CaF₂ 在 19 的差異熱膨脹——熱循環下小但累積的應力。
釺焊或金屬化鍵合（供 UHV / 高溫）
CaF₂ 可金屬化並釺焊到 Kovar 或鉬法蘭供超高真空應用。金屬化化學與藍寶石不同（不同的表面化學）；典型製程：氣相沉積 Cr/Au 層、再鍍鎳、再用 Au-Sn 或 Cu-Ag 共晶釺焊。特殊作業；交期較長。用於同步輻射光束線窗片與高溫製程探頭。
CTE 不匹配容忍
CaF₂ 的熱膨脹（19 × 10⁻⁶ /K）相對藍寶石（5.6）高、但接近典型金屬法蘭。熱循環環境：
- 鋁法蘭（CTE 23）對 CaF₂ 是合理匹配——CTE 差異 ~ 4 ppm/K；耐 ~100 °C 循環而無顯著應力
- 不鏽鋼（CTE 17）也合理——差異 ~ 2 ppm/K
- Invar（CTE 1.6）對熱循環是錯的匹配，因為差異是 17 ppm/K；窗片在循環時會受顯著應力
- 高循環次數或寬溫應用，用軟金屬或 O 環密封吸收不匹配
12. 客製幾何與 MachinedQuartz 做什麼
61-SKU 的現貨型錄涵蓋 Ø 6 到 50 mm 的標準圓窗片。對 OEM 夥伴與特殊應用，客製幾何是常態。
標準客製變體（不收開模費、範圍內）
- 客製圓直徑： Ø 5 mm 到 Ø 100 mm 例行；更大到 ~150 mm 交期較長
- 客製厚度： 0.5 到 8 mm
- 方/矩形板： 任何 L × W 到 75 × 75 mm
- 楔形窗片： 1–5 弧分楔角供雷射腔標準具抑制
- 斜角或倒角邊： 供密封應用與應力降低
- 配對窗片： 兩片在透射公差內匹配供 FTIR 樣品比色皿
- AR 鍍膜： 在你的設計波長的單線 V 鍍膜；寬頻或雙頻；外包給合格的真空鍍膜夥伴（常要求 193 nm 或 9 µm 的 V 鍍膜）
特殊客製（一次性工程或外部夥伴）
超出標準加工範圍的特殊需求，我們與夥伴合作於：
- 梯形 ATR 晶體（45° 斜角）： 透過夥伴關係可供；交期較長、5 件起訂
- 半球形紅外圓頂： 小（Ø < 50 mm）可依需求；大直徑需要專門製造
- 釺焊 CaF₂ 到 Kovar 的 UHV 組件： 外包給陶瓷-金屬鍵合夥伴；5 件起訂
- VUV 級雷射光學： 透過雷射級材料鏈採購；交期較長
- 特定晶體取向（(111) vs (100)）： (111) 是天然解理面、也是預設；(100) 透過取向控制供應可依需求
客製 CaF₂ 起訂量 = 2 件。 多數專門 CaF₂ 供應商（Crystran、EKSMA、Specac 材料部門）在報客製幾何前要 25–100 件的承諾。我們例行從 2 件做客製 CaF₂——唯一的附加是工程審查（免費）與生產交期（標準加工範圍內多數客製幾何 18–30 個工作日；AR 鍍膜或特殊組件較長）。寄來草圖與數量；我們一個工作日內回覆。
13. 型錄與下單
MachinedQuartz CaF₂ 型錄有 61 個現貨 SKU，涵蓋 Ø 6 mm 到 Ø 50 mm、厚度 0.6 到 3 mm 的圓窗片。所有現貨 SKU 都是 130–9000 nm 透射的光學級單晶 CaF₂。客製幾何是 OEM 工作的預設。
現貨尺寸範圍
| 形式 | 直徑 | 厚度 | 材質等級 |
|---|---|---|---|
| 小圓 | Ø 6–13 mm | 0.6–2 mm | 光學級單晶 CaF₂ |
| 中圓 | Ø 13–25 mm | 1–3 mm | 光學級單晶 CaF₂ |
| 大圓 | Ø 25–50 mm | 1–3 mm | 光學級單晶 CaF₂ |
| 客製矩形 | 到 75 × 75 mm | 0.5–5 mm | 光學級；紫外或紅外級可依需求 |
| 客製形狀 | 依圖紙 | 依圖紙 | 依圖紙 |
需要 CaF₂ 窗片報價？
寄來直徑（或形狀）、厚度、表面規格（或「例行」）、AR 鍍膜要求（或無）、數量，與應用（FTIR / 193 nm 雷射 / VUV / 中紅外感測器）。標準客製交期 18–30 個工作日；AR 鍍膜或特殊組件較長。2 件起訂。
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14. 常見問題
為什麼 FTIR 用 CaF₂ 而非熔融石英？
熔融石英在約 2.5 微米以上截止；FTIR 指紋區從 5 到 9 微米、多數有機分子振動在此出現。CaF2 乾淨地透射過整個指紋區。藍寶石達 5 微米但就停在那。對涵蓋分析 1000 到 2000 波數範圍（5 到 10 微米波長）的 FTIR 樣品比色皿，CaF2 是標準窗片材質。9 微米以上，ZnSe（透到 14 微米）或 KBr（到 25 微米）接手。
CaF₂ 到底多脆？
Mohs 4 硬度——約和鐵片一樣硬、但脆得多。CaF2 對以下敏感：粗糙擦拭的刮傷（Kimwipe 造成微刮痕；只用拭鏡紙）、鑷子接觸（永遠戴棉手套從邊緣拿）、每分鐘 50 攝氏度以上的熱震（開裂），與長期濕氣曝露（表面數月內起霧）。有對的 SOP——乾燥器儲存、拭鏡紙清潔、乾甲醇沖洗、小心的溫度斜升——CaF2 窗片用好幾年。沒有的話，幾週。
我能用水清潔 CaF₂ 窗片嗎？
純水單獨用是臨界的——CaF2 在水中溶解度約每公升 16 毫克，即使幾分鐘接觸也留下輕微表面蝕刻。較好的做法：用拭鏡紙上的 HPLC 級甲醇或無水乙醇清潔。如果你必須用水（例如去除水相樣品殘留），立即接著用甲醇沖洗以從表面置換殘留水，再在拭鏡紙上倒置風乾。絕不讓 CaF2 濕著放。絕不用礦物酸（HCl、HNO3）——它們乾淨地溶解 CaF2。
不用時我怎麼儲存 CaF₂ 窗片？
配新鮮矽膠或無水硫酸鈣的乾燥器——相對濕度低於 10%。指示劑變色時更換乾燥劑。高階窗片（雷射級參考標準）的長期儲存，用密封乾 N2 櫃、RH 低於 5%。避免實驗檯與未密封抽屜——數月的大氣濕氣造成不重新拋光就不可逆的表面起霧。密封組件（配 O 環密封的 FTIR 比色皿）裡用過的 CaF2 窗片內面受保護、但外面仍需要保護。
CaF₂ 在 193 nm 的準分子雷射裡能用嗎？
能——CaF2 是 193 nm 的 ArF 準分子雷射系統的標準窗片材質。CaF2 在 193 nm 未鍍膜每面透射約 92%；配 V 鍍膜 AR（193 nm 單線）達超過 99%。熔融石英在 193 nm 開始顯著吸收；藍寶石在其紫外截止。高功率系統指定雷射級 CaF2（較低散射與吸收）；例行輸出耦合器窗片光學級就夠。短脈衝工作的雷射誘發損傷閾值通常每平方公分 5 到 15 焦耳。
MachinedQuartz 能做的最大 CaF₂ 窗片是多大？
標準客製到約 100 mm 直徑，75 mm 以上的尺寸交期較長。大直徑光學級 CaF2 錠的供應鏈比藍寶石或石英窄；100 mm 以上我們報客製，因為材料採購是限制因素。150 mm 或更大的 CaF2（某些 FTIR 顯微與同步輻射應用），預期 8 到 12 週交期與基於當前材料供應的另行報價。
CaF₂ 能 AR 鍍膜嗎？
能。抗反射鍍膜由合格的真空沉積夥伴施作（我們外包鍍膜步驟）。常見設計：193 nm ArF 的 V 鍍膜（設計波長透射大於 99%）、9 微米 FTIR 指紋的 V 鍍膜、寬頻中紅外（3 到 9 微米平均 95%）、寬頻 UV-Vis-NIR（250 到 1000 nm 平均 96%）。訂 AR 鍍膜 CaF2 時指定工作波長。AR 鍍膜件交期 25 到 35 個工作日、相對未鍍膜 18 到 30 天。
MachinedQuartz 做 ATR 晶體嗎？
我們做 FTIR 樣品比色皿裡用的標準 CaF2 透射窗片。我們目前不製造梯形 ATR 晶體、多反射 ATR 光學組件或 ZnSe / Ge / 鑽石 ATR 晶體——那些需要專門的晶體製造鏈。ATR 工作，我們推薦 Crystran ATR 產品、Specac ATR 配件或 PIKE Technologies 作為主要供應商。我們可依需求供應 CaF2 基板材料給 ATR 專門製造商。
為什麼 CaF₂ 微溶於水？
氟化鈣在室溫純水中的平衡溶解度約每公升 16 毫克——它是較易溶的氟化物礦物之一。溶解緩慢（動力學上受表面過程限制）但累積。實務上這意味著：不要讓 CaF2 在水中放超過幾分鐘；用無水溶劑清潔；防大氣濕氣（水蒸氣也緩慢把 CaF2 水解成 Ca(OH)2 加 HF，即緩慢的表面起霧機制）。藍寶石與熔融石英基本上不溶於水、沒有這個限制。
CaF₂ 與氟化鋇（BaF₂）做 FTIR 相比如何？
BaF2 有略延伸的紅外透射（到 12 微米、CaF2 為 9）與略低的折射率（1.39 vs 1.43）。但 BaF2 更易溶於水、更脆、更貴。1 到 9 微米範圍的例行 FTIR 工作，CaF2 是標準。特別需要透射到 12 微米的應用（某些特殊中紅外工作），BaF2 才是對的選擇。我們目前不備 BaF2；那材料請參考專門光學供應商。
15. 免責聲明與註記
規格 本頁是 Bridgman-Stockbarger 或 Czochralski 生長產出的商業級單晶氟化鈣的典型值。具體透射、吸收係數與表面規格取決於供應商、生長方法與具體批次。確切規格請參考每批出貨附的分析證書。
應用建議 是基於典型光學工程實務的一般指引。具體應用可能有進一步限制選擇的要求（雷射誘發損傷閾值、真空相容認證、生物相容性、醫療或製藥用途的法規合規）。
MachinedQuartz 製造 vs 採購。 我們以圓與矩形格式製造標準透射 CaF₂ 窗片。特殊組件（梯形 ATR 晶體、半球圓頂、釺焊到 Kovar 的 UHV 組件、AR 鍍膜）透過夥伴關係生產；交期與最低訂購量相應不同。我們目前不製造 ZnSe、Ge、BaF₂ 或鑽石窗片。
吸濕與處理警告 本頁基於典型商業 CaF₂ 行為。高階雷射級與同步輻射級材料可能有比描述更嚴的處理 SOP。應用請遵循你實驗室或機構的具體規程。
商標聲明。 Bridgman-Stockbarger、Czochralski 是生長方法名稱。Specac、PIKE、ThermoFisher、Bruker、PerkinElmer、Crystran、EKSMA、Norland 61、EPO-TEK 301、Coherent、Lambda Physik、GAM Laser 是各自所有者的商標。提及僅供技術比較與供應鏈脈絡之用。
資訊時效： 最後審閱於 2026 年 5 月。型錄與 SKU 範圍可能變動。
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