Det första steget i varje optisk tillverkningsprocess är valet av lämpliga optiska material. Optiska parametrar (brytningsindex, Abbe-tal, transmittans, reflektionsförmåga), fysikaliska egenskaper (hårdhet, deformation, bubbelinnehåll, Poisson-förhållande) och till och med temperaturegenskaper (termisk expansionskoefficient, förhållandet mellan brytningsindex och temperatur) hos optiska material påverkar alla de optiska materialens optiska egenskaper. Prestanda hos optiska komponenter och system. Denna artikel kommer kortfattat att introducera vanliga optiska material och deras egenskaper.
Optiska material delas huvudsakligen in i tre kategorier: optiskt glas, optisk kristall och specialoptiska material.
01 Optiskt glas
Optiskt glas är ett amorft (glasartat) optiskt mediummaterial som kan släppa igenom ljus. Ljus som passerar genom det kan ändra sin utbredningsriktning, fas och intensitet. Det används ofta för att producera optiska komponenter som prismor, linser, speglar, fönster och filter i optiska instrument eller system. Optiskt glas har hög transparens, kemisk stabilitet och fysisk enhetlighet i struktur och prestanda. Det har specifika och noggranna optiska konstanter. I lågtemperatur fast tillstånd behåller optiskt glas den amorfa strukturen hos högtemperatur flytande tillstånd. Idealiskt sett är glasets interna fysikaliska och kemiska egenskaper, såsom brytningsindex, värmeutvidgningskoefficient, hårdhet, värmeledningsförmåga, elektrisk ledningsförmåga, elasticitetsmodul etc., desamma i alla riktningar, vilket kallas isotropi.
De största tillverkarna av optiskt glas inkluderar tyska Schott, amerikanska Corning, japanska Ohara och inhemska Chengdu Guangming Glass (CDGM) med flera.
Brytningsindex och dispersionsdiagram
brytningsindexkurvor för optiska glas
Transmittanskurvor
02. Optisk kristall
Optisk kristall hänvisar till kristallmaterialet som används i optiska medier. På grund av de strukturella egenskaperna hos optiska kristaller kan de användas i stor utsträckning för att tillverka olika fönster, linser och prismor för ultravioletta och infraröda tillämpningar. Enligt kristallstrukturen kan de delas in i enkristall och polykristallin. Enkristallmaterial har hög kristallintegritet och ljusgenomsläpplighet, samt låg ingångsförlust, så enkristaller används huvudsakligen i optiska kristaller.
Specifikt: Vanliga UV- och infraröda kristallmaterial inkluderar: kvarts (SiO2), kalciumfluorid (CaF2), litiumfluorid (LiF), bergsalt (NaCl), kisel (Si), germanium (Ge), etc.
Polariserande kristaller: Vanligt förekommande polariserande kristaller inkluderar kalcit (CaCO3), kvarts (SiO2), natriumnitrat (nitrat) etc.
Akromatisk kristall: Kristallens speciella dispersionsegenskaper används för att tillverka akromatiska objektivlinser. Till exempel kombineras kalciumfluorid (CaF2) med glas för att bilda ett akromatiskt system, vilket kan eliminera sfärisk aberration och sekundärspektrum.
Laserkristall: används som arbetsmaterial för fasta lasrar, såsom rubin, kalciumfluorid, neodymdopad yttriumaluminiumgranatkristall, etc.
Kristallmaterial delas in i naturliga och artificiellt odlade. Naturliga kristaller är mycket sällsynta, svåra att odla artificiellt, begränsade i storlek och dyra. Generellt sett betraktas glas som ett material som kan fungera i det icke-synliga ljusbandet och används inom halvledar- och laserindustrin.
03 Speciella optiska material
a. Glaskeramik
Glaskeramik är ett speciellt optiskt material som varken är glas eller kristall, utan någonstans mittemellan. Den största skillnaden mellan glaskeramik och vanligt optiskt glas är förekomsten av kristallstruktur. Det har en finare kristallstruktur än keramik. Det har egenskaper som låg värmeutvidgningskoefficient, hög hållfasthet, hög hårdhet, låg densitet och extremt hög stabilitet. Det används ofta vid bearbetning av platta kristaller, standardmätare, stora speglar, lasergyroskop etc.
Den termiska expansionskoefficienten för mikrokristallina optiska material kan nå 0,0 ± 0,2 × 10-7 / ℃ (0 ~ 50 ℃)
b. Kiselkarbid
Kiselkarbid är ett specialkeramiskt material som även används som optiskt material. Kiselkarbid har god styvhet, låg termisk deformationskoefficient, utmärkt termisk stabilitet och betydande viktreducerande effekt. Det anses vara det viktigaste materialet för stora lättviktsspeglar och används ofta inom flyg- och rymdteknik, högeffektslaser, halvledare och andra områden.
Dessa kategorier av optiska material kan också kallas optiska mediematerial. Förutom huvudkategorierna av optiska mediematerial tillhör optiska fibermaterial, optiska filmmaterial, flytande kristallmaterial, luminescerande material etc. alla optiska material. Utvecklingen av optisk teknik är oskiljaktig från optisk materialteknik. Vi ser fram emot utvecklingen av mitt lands optiska materialteknik.
Publiceringstid: 5 januari 2024
