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, зв'язок між показником заломлення та температурою) оптичних матеріалів - все це впливатиме на оптичні властивості оптичних матеріалів. Характеристики оптичних компонентів і систем. У цій статті буде коротко розглянуто поширені оптичні матеріали та їх властивості.
Оптичні матеріали в основному поділяються на три категорії: оптичне скло, оптичний кристал та спеціальні оптичні матеріали.
01 Оптичне скло
Оптичне скло — це аморфний (склоподібний) оптичний матеріал, який може пропускати світло. Світло, що проходить через нього, може змінювати напрямок поширення, фазу та інтенсивність. Його зазвичай використовують для виготовлення оптичних компонентів, таких як призми, лінзи, дзеркала, вікна та фільтри в оптичних приладах або системах. Оптичне скло має високу прозорість, хімічну стабільність та фізичну однорідність структури та характеристик. Воно має специфічні та точні оптичні константи. У низькотемпературному твердому стані оптичне скло зберігає аморфну структуру високотемпературного рідкого стану. В ідеалі внутрішні фізичні та 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 з США, Ohara з Японії та вітчизняна Chengdu Guangming Glass (CDGM) тощо.
Діаграма показника заломлення та дисперсії
криві показника заломлення оптичного скла
Криві пропускання
02. Оптичний кристал
Оптичний кристал – це кристалічний матеріал, що використовується в оптичних середовищах. Завдяки структурним характеристикам оптичних кристалів, його можна широко використовувати для виготовлення різних вікон, лінз та призм для ультрафіолетового та інфрачервоного випромінювання. За кристалічною структурою його можна розділити на монокристалічні та полікристалічні. Монокристалічні матеріали мають високу кристалічну цілісність та коефіцієнт пропускання світла, а також низькі втрати на вході, тому монокристали в основному використовуються в оптичних кристалах.
Зокрема: До поширених кристалічних матеріалів, що працюють в УФ та інфрачервоному випромінюванні, належать: кварц (SiO2), фторид кальцію (CaF2), фторид літію (LiF), кам'яна сіль (NaCl), кремній (Si), германій (Ge) тощо.
Поляризаційні кристали: До часто використовуваних поляризаційних кристалів належать кальцит (CaCO3), кварц (SiO2), нітрат натрію (нітрат) тощо.
Ахроматичний кристал: Спеціальні дисперсійні характеристики кристала використовуються для виготовлення ахроматичних 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 робочі матеріали для твердотільних лазерів, такі як рубін, фторид кальцію, кристал ітрію-алюмінієвого граната з неодимовим покриттям тощо.
Кристалічні матеріали поділяються на природні та штучно вирощені. Природні кристали дуже рідкісні, їх важко вирощувати штучно, вони обмежені за розміром та дорогі. Зазвичай їх розглядають, коли скляного матеріалу недостатньо, оскільки вони можуть працювати в невидимому діапазоні світла та використовуються в напівпровідниковій та лазерній промисловості.
03 Спеціальні оптичні матеріали
а. Склокераміка
Склокераміка — це особливий оптичний матеріал, який не є ні склом, ні кришталем, а чимось посередині. Основна відмінність між склокерамікою та звичайним оптичним склом полягає в наявності кристалічної структури. Вона має тоншу кристалічну структуру, ніж кераміка. Вона характеризується низьким коефіцієнтом теплового розширення, високою міцністю, високою твердістю, низькою щільністю та надзвичайно високою стабільністю. Вона широко використовується для обробки плоских кристалів, стандартних метричних стрижнів, 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 – це спеціальний керамічний матеріал, який також використовується як оптичний матеріал. Карбід кремнію має добру жорсткість, низький коефіцієнт теплової деформації, чудову термостабільність та значний ефект зниження ваги. Він вважається основним матеріалом для великих легких дзеркал і широко використовується в аерокосмічній галузі, потужних лазерах, напівпровідниках та інших галузях.
Ці категорії оптичних матеріалів також можна назвати матеріалами оптичних носіїв. Окрім основних категорій матеріалів оптичних носіїв, до оптичних матеріалів належать волоконно-оптичні матеріали, плівкові матеріали оптичних носіїв, рідкокристалічні матеріали, люмінесцентні матеріали тощо. Розвиток оптичних технологій невіддільний від технології оптичних матеріалів. Ми з нетерпінням чекаємо на прогрес технології оптичних матеріалів моєї країни.
Час публікації: 05 січня 2024 р.
