Pierwszym krokiem w procesie produkcji optycznej jest wybór odpowiednich materiałów optycznych. Parametry optyczne (współczynnik załamania światła, liczba Abbego, transmisja, współczynnik odbicia), właściwości fizyczne (twardość, odkształcenie, zawartość pęcherzyków, współczynnik Poissona), a nawet charakterystyki temperaturowe (współczynnik rozszerzalności cieplnej, związek między współczynnikiem załamania światła a temperaturą) materiałów optycznych. Wszystkie te czynniki będą miały wpływ na właściwości optyczne materiałów optycznych. Wydajność komponentów i systemów optycznych. W tym artykule krótko przedstawiono powszechnie stosowane materiały optyczne i ich właściwości.
Materiały optyczne można podzielić na trzy główne kategorie: szkło optyczne, kryształ optyczny i specjalne materiały optyczne.
01 Szkło optyczne
Szkło optyczne to amorficzny (szklisty) materiał optyczny, który może przepuszczać światło. Światło przechodzące przez nie może zmieniać swój kierunek propagacji, fazę i intensywność. Jest powszechnie stosowane do produkcji elementów optycznych, takich jak pryzmaty, soczewki, lustra, okna i filtry w instrumentach lub systemach optycznych. Szkło optyczne charakteryzuje się wysoką przezroczystością, stabilnością chemiczną i jednorodnością fizyczną w strukturze i wydajności. Posiada określone i dokładne stałe optyczne. W stanie stałym o niskiej temperaturze szkło optyczne zachowuje amorficzną strukturę stanu ciekłego o wysokiej temperaturze. W idealnym przypadku wewnętrzne właściwości fizyczne i chemiczne szkła, takie jak współczynnik załamania światła, współczynnik rozszerzalności cieplnej, twardość, przewodnictwo cieplne, przewodnictwo elektryczne, moduł sprężystości itp., są takie same we wszystkich kierunkach, co nazywa się izotropią.
Głównymi producentami szkła optycznego są: niemiecka firma Schott, amerykańska firma Corning, japońska firma Ohara i krajowy producent szkła Chengdu Guangming Glass (CDGM) itp.
Współczynnik załamania światła i wykres dyspersji
krzywe współczynnika załamania światła szkła optycznego
Krzywe transmisji
02. Kryształ optyczny
Kryształ optyczny odnosi się do materiału kryształowego używanego w mediach optycznych. Ze względu na strukturalne cechy kryształów optycznych, może być szeroko stosowany do produkcji różnych okien, soczewek i pryzmatów do zastosowań ultrafioletowych i podczerwonych. Zgodnie ze strukturą kryształu, można go podzielić na monokryształ i polikrystaliczny. Materiały monokrystaliczne mają wysoką integralność kryształu i przepuszczalność światła, a także niskie straty wejściowe, więc monokryształy są głównie stosowane w kryształach optycznych.
Konkretnie: Do powszechnie stosowanych materiałów krystalicznych UV i podczerwonych zalicza się: kwarc (SiO2), fluorek wapnia (CaF2), fluorek litu (LiF), sól kamienną (NaCl), krzem (Si), german (Ge) itp.
Kryształy polaryzujące: Do powszechnie stosowanych kryształów polaryzujących należą kalcyt (CaCO3), kwarc (SiO2), azotan sodu (azotan) itp.
Kryształ achromatyczny: Specjalne właściwości dyspersyjne kryształu są wykorzystywane do produkcji obiektywów achromatycznych. Na przykład fluorek wapnia (CaF2) jest łączony ze szkłem, tworząc układ achromatyczny, który może wyeliminować aberrację sferyczną i widmo wtórne.
Kryształ laserowy: stosowany jako materiał roboczy dla laserów ciała stałego, np. rubin, fluorek wapnia, kryształ granatu itrowo-glinowego domieszkowanego neodymem itp.
Materiały krystaliczne dzielą się na naturalne i sztucznie wyhodowane. Naturalne kryształy są bardzo rzadkie, trudne do wyhodowania sztucznie, ograniczone rozmiarem i kosztowne. Zazwyczaj rozważane, gdy materiał szklany jest niewystarczający, może pracować w niewidzialnym paśmie światła i jest stosowane w przemyśle półprzewodników i laserów.
03 Specjalne materiały optyczne
a. Szkło-ceramika
Szkło-ceramika to specjalny materiał optyczny, który nie jest ani szkłem, ani kryształem, ale czymś pomiędzy. Główną różnicą między szkłem-ceramiką a zwykłym szkłem optycznym jest obecność struktury krystalicznej. Ma drobniejszą strukturę krystaliczną niż ceramika. Posiada cechy niskiego współczynnika rozszerzalności cieplnej, wysokiej wytrzymałości, wysokiej twardości, niskiej gęstości i niezwykle wysokiej stabilności. Jest szeroko stosowany w obróbce płaskich kryształów, standardowych metrowych patyczków, dużych luster, żyroskopów laserowych itp.
Współczynnik rozszerzalności cieplnej mikrokrystalicznych materiałów optycznych może osiągnąć 0,0±0,2×10-7/℃ (0~50℃)
b. Węglik krzemu
Węglik krzemu to specjalistyczny materiał ceramiczny, który jest również stosowany jako materiał optyczny. Węglik krzemu ma dobrą sztywność, niski współczynnik odkształcenia termicznego, doskonałą stabilność termiczną i znaczący efekt redukcji wagi. Jest uważany za główny materiał do dużych, lekkich luster i jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym, laserach dużej mocy, półprzewodnikach i innych dziedzinach.
Te kategorie materiałów optycznych można również nazwać materiałami nośników optycznych. Oprócz głównych kategorii materiałów nośników optycznych, materiały światłowodowe, materiały folii optycznej, materiały ciekłokrystaliczne, materiały luminescencyjne itp. należą do materiałów optycznych. Rozwój technologii optycznej jest nierozerwalnie związany z technologią materiałów optycznych. Z niecierpliwością czekamy na postęp technologii materiałów optycznych w moim kraju.
Czas publikacji: 05-01-2024
