Первым шагом в любом оптическом производственном процессе является выбор соответствующих оптических материалов. Оптические параметры (показатель преломления, число Аббе, коэффициент пропускания, отражательная способность), физические свойства (твердость, деформация, содержание пузырьков, коэффициент Пуассона) и даже температурные характеристики (коэффициент теплового расширения, связь между показателем преломления и температурой) оптических материалов Все это будет влиять на оптические свойства оптических материалов. Эксплуатационные характеристики оптических компонентов и систем. В этой статье кратко будут представлены распространенные оптические материалы и их свойства.
Оптические материалы в основном делятся на три категории: оптическое стекло, оптические кристаллы и специальные оптические материалы.
01 Оптическое стекло
Оптическое стекло — это аморфный (стеклообразный) оптический материал-носитель, который может пропускать свет. Проходящий через него свет может изменять направление своего распространения, фазу и интенсивность. Его обычно используют для производства оптических компонентов, таких как призмы, линзы, зеркала, окна и фильтры в оптических приборах или системах. Оптическое стекло обладает высокой прозрачностью, химической стабильностью и физической однородностью структуры и производительности. Оно имеет определенные и точные оптические константы. В низкотемпературном твердом состоянии оптическое стекло сохраняет аморфную структуру высокотемпературного жидкого состояния. В идеале внутренние физические и химические свойства стекла, такие как показатель преломления, коэффициент теплового расширения, твердость, теплопроводность, электропроводность, модуль упругости и т. д., одинаковы во всех направлениях, что называется изотропией.
Основными производителями оптического стекла являются Schott (Германия), Corning (США), Ohara (Япония) и отечественная Chengdu Guangming Glass (CDGM) и др.
Показатель преломления и диаграмма дисперсии
кривые показателя преломления оптического стекла
Кривые пропускания
02. Оптический кристалл
Оптический кристалл относится к кристаллическому материалу, используемому в оптических средах. Благодаря структурным характеристикам оптических кристаллов, их можно широко использовать для изготовления различных окон, линз и призм для ультрафиолетовых и инфракрасных применений. В зависимости от кристаллической структуры их можно разделить на монокристаллические и поликристаллические. Монокристаллические материалы обладают высокой кристаллической целостностью и светопропусканием, а также низкими входными потерями, поэтому монокристаллы в основном используются в оптических кристаллах.
В частности: К распространенным УФ- и инфракрасным кристаллическим материалам относятся: кварц (SiO2), фторид кальция (CaF2), фторид лития (LiF), каменная соль (NaCl), кремний (Si), германий (Ge) и т. д.
Поляризационные кристаллы: Обычно используемые поляризационные кристаллы включают кальцит (CaCO3), кварц (SiO2), нитрат натрия (нитрат) и т. д.
Ахроматический кристалл: Особые дисперсионные характеристики кристалла используются для изготовления ахроматических объективов. Например, фторид кальция (CaF2) в сочетании со стеклом образует ахроматическую систему, которая может устранить сферическую аберрацию и вторичный спектр.
Лазерный кристалл: используется в качестве рабочего материала для твердотельных лазеров, например, рубин, фторид кальция, кристалл иттрий-алюминиевого граната, легированного неодимом, и т. д.
Кристаллические материалы делятся на природные и искусственно выращенные. Природные кристаллы очень редки, их трудно выращивать искусственно, они ограничены по размеру и дороги. Обычно их рассматривают, когда стеклянного материала недостаточно, они могут работать в невидимом диапазоне света и используются в полупроводниковой и лазерной промышленности.
03 Специальные оптические материалы
а. Стеклокерамика
Стеклокерамика — это особый оптический материал, который не является ни стеклом, ни кристаллом, а чем-то средним. Главное отличие стеклокерамики от обычного оптического стекла — наличие кристаллической структуры. Она имеет более тонкую кристаллическую структуру, чем керамика. Она обладает такими характеристиками, как низкий коэффициент теплового расширения, высокая прочность, высокая твердость, низкая плотность и чрезвычайно высокая стабильность. Она широко используется при обработке плоских кристаллов, стандартных метровых стержней, больших зеркал, лазерных гироскопов и т. д.
Коэффициент теплового расширения микрокристаллических оптических материалов может достигать 0,0±0,2×10-7/℃ (0~50℃)
б) Карбид кремния
Карбид кремния — это специальный керамический материал, который также используется в качестве оптического материала. Карбид кремния обладает хорошей жесткостью, низким коэффициентом тепловой деформации, превосходной термической стабильностью и значительным эффектом снижения веса. Он считается основным материалом для крупногабаритных легких зеркал и широко используется в аэрокосмической промышленности, мощных лазерах, полупроводниках и других областях.
Эти категории оптических материалов можно также назвать оптическими материалами-носителями. В дополнение к основным категориям оптических материалов-носителей, оптоволоконные материалы, оптические пленочные материалы, жидкокристаллические материалы, люминесцентные материалы и т. д. относятся к оптическим материалам. Развитие оптической технологии неотделимо от технологии оптических материалов. Мы с нетерпением ждем прогресса в технологии оптических материалов моей страны.
Время публикации: 05.01.2024
