Першим кроком у будь-якому оптичному виробничому процесі є вибір відповідних оптичних матеріалів. Оптичні параметри (показник заломлення, число Аббе, коефіцієнт пропускання, відбивна здатність), фізичні властивості (твердість, деформація, вміст бульбашок, коефіцієнт Пуассона) і навіть температурні характеристики (коефіцієнт теплового розширення, співвідношення між показником заломлення та температурою) оптичних матеріалів. Усе це впливатиме оптичні властивості оптичних матеріалів. Ефективність оптичних компонентів і систем. У цій статті коротко представлено загальні оптичні матеріали та їхні властивості.
Оптичні матеріали в основному поділяються на три категорії: оптичне скло, оптичний кристал і спеціальні оптичні матеріали.
01 Оптичне скло
Оптичне скло — це аморфний (склоподібний) матеріал оптичного середовища, здатний пропускати світло. Світло, що проходить через нього, може змінювати напрямок поширення, фазу та інтенсивність. Він зазвичай використовується для виробництва оптичних компонентів, таких як призми, лінзи, дзеркала, вікна та фільтри в оптичних приладах або системах. Оптичне скло має високу прозорість, хімічну стабільність і фізичну однорідність за структурою та характеристиками. Він має специфічні та точні оптичні константи. У низькотемпературному твердому стані оптичне скло зберігає аморфну структуру високотемпературного рідкого стану. В ідеалі внутрішні фізико-хімічні властивості скла, такі як показник заломлення, коефіцієнт теплового розширення, твердість, теплопровідність, електропровідність, модуль пружності тощо, однакові в усіх напрямках, що називається ізотропією.
Основними виробниками оптичного скла є Schott з Німеччини, Corning зі Сполучених Штатів, Ohara з Японії та вітчизняне Chengdu Guangming Glass (CDGM) тощо.
Показник заломлення та дисперсійна діаграма
криві показника заломлення оптичного скла
Криві пропускання
02. Оптичний кристал
Оптичний кристал відноситься до кристалічного матеріалу, який використовується в оптичних носіях. Завдяки структурним характеристикам оптичних кристалів його можна широко використовувати для виготовлення різних вікон, лінз і призм для ультрафіолетового та інфрачервоного випромінювання. За кристалічною структурою його можна розділити на монокристалічний і полікристалічний. Монокристалічні матеріали мають високу кристалічну цілісність і світлопроникність, а також низькі вхідні втрати, тому монокристали в основному використовуються в оптичних кристалах.
Зокрема: загальні УФ- та інфрачервоні кристалічні матеріали включають: кварц (SiO2), фторид кальцію (CaF2), фторид літію (LiF), кам’яну сіль (NaCl), кремній (Si), германій (Ge) тощо.
Поляризаційні кристали: зазвичай використовувані поляризаційні кристали включають кальцит (CaCO3), кварц (SiO2), нітрат натрію (нітрат) тощо.
Ахроматичний кристал: особливі дисперсійні характеристики кристала використовуються для виготовлення ахроматичних лінз об’єктивів. Наприклад, фторид кальцію (CaF2) поєднується зі склом для утворення ахроматичної системи, яка може усунути сферичну аберацію та вторинний спектр.
Лазерний кристал: використовується як робочий матеріал для твердотільних лазерів, таких як рубін, фторид кальцію, легований неодимом ітрієвий алюмінієвий гранатовий кристал тощо.
Кристалічні матеріали поділяють на природні та штучно вирощені. Природні кристали дуже рідкісні, їх важко виростити штучно, вони обмежені за розміром і дорогі. Загалом вважається, що коли скляного матеріалу недостатньо, воно може працювати в діапазоні невидимого світла та використовується в напівпровідниковій та лазерній промисловості.
03 Спеціальні оптичні матеріали
a. Склокерамічний
Склокераміка - це особливий оптичний матеріал, який не є ні склом, ні кришталем, а десь посередині. Основною відмінністю склокераміки від звичайного оптичного скла є наявність кристалічної структури. Він має більш тонку кристалічну структуру, ніж кераміка. Він має характеристики низького коефіцієнта теплового розширення, високої міцності, високої твердості, низької щільності та надзвичайно високої стабільності. Він широко використовується в обробці плоских кристалів, стандартних метричних паличок, великих дзеркал, лазерних гіроскопів тощо.
Коефіцієнт теплового розширення мікрокристалічних оптичних матеріалів може досягати 0,0±0,2×10-7/℃ (0~50℃)
b. Карбід кремнію
Карбід кремнію є спеціальним керамічним матеріалом, який також використовується як оптичний матеріал. Карбід кремнію має хорошу жорсткість, низький коефіцієнт термічної деформації, відмінну термічну стабільність і значний ефект зниження ваги. Він вважається основним матеріалом для великогабаритних легких дзеркал і широко використовується в аерокосмічній галузі, потужних лазерах, напівпровідниках та інших галузях.
Ці категорії оптичних матеріалів також можна назвати матеріалами оптичних носіїв. На додаток до основних категорій матеріалів для оптичних носіїв, оптичні волокна, оптичні плівки, рідкокристалічні матеріали, люмінесцентні матеріали тощо належать до оптичних матеріалів. Розвиток оптичної техніки невіддільний від технології оптичних матеріалів. Ми з нетерпінням чекаємо на прогрес технології оптичних матеріалів у моїй країні.
Час публікації: 05 січня 2024 р
