Primul pas în orice proces de fabricație optică este selectarea materialelor optice adecvate. Parametrii optici (indicele de refracție, numărul Abbe, transmitanța, reflectivitatea), proprietățile fizice (duritatea, deformarea, conținutul de bule, raportul Poisson) și chiar caracteristicile de temperatură (coeficientul de dilatare termică, relația dintre indicele de refracție și temperatură) ale materialelor optice vor afecta proprietățile optice ale materialelor optice. Performanța componentelor și sistemelor optice. Acest articol va introduce pe scurt materialele optice comune și proprietățile acestora.
Materialele optice sunt împărțite în principal în trei categorii: sticlă optică, cristal optic și materiale optice speciale.
01 Sticlă optică
Sticla optică este un mediu optic amorf (sticlos) care poate transmite lumina. Lumina care trece prin ea îi poate schimba direcția de propagare, faza și intensitatea. Este utilizată în mod obișnuit pentru a produce componente optice precum prisme, lentile, oglinzi, ferestre și filtre în instrumente sau sisteme optice. Sticla optică are o transparență ridicată, stabilitate chimică și uniformitate fizică în ceea ce privește structura și performanța. Are constante optice specifice și precise. În stare solidă la temperatură joasă, sticla optică își păstrează structura amorfă a stării lichide la temperatură înaltă. În mod ideal, proprietățile fizice și chimice interne ale sticlei, cum ar fi indicele de refracție, coeficientul de dilatare termică, duritatea, conductivitatea termică, conductivitatea electrică, modulul de elasticitate etc., sunt aceleași în toate direcțiile, ceea ce se numește izotropie.
Principalii producători de sticlă optică includ Schott din Germania, Corning din Statele Unite, Ohara din Japonia și Chengdu Guangming Glass (CDGM), producătorul autohton etc.
Indicele de refracție și diagrama de dispersie
curbe ale indicelui de refracție al sticlei optice
Curbe de transmitanță
02. Cristal optic
Cristalul optic se referă la materialul cristalin utilizat în mediile optice. Datorită caracteristicilor structurale ale cristalelor optice, acesta poate fi utilizat pe scară largă pentru a realiza diverse ferestre, lentile și prisme pentru aplicații ultraviolete și infraroșii. Conform structurii cristaline, acesta poate fi împărțit în monocristal și policristalin. Materialele monocristaline au o integritate cristalină și o transmitanță a luminii ridicate, precum și o pierdere de intrare redusă, astfel încât monocristalele sunt utilizate în principal în cristalele optice.
Mai exact: Materialele cristaline UV și infraroșu comune includ: cuarț (SiO2), fluorură de calciu (CaF2), fluorură de litiu (LiF), sare gemă (NaCl), siliciu (Si), germaniu (Ge) etc.
Cristale polarizante: Cristalele polarizante utilizate în mod obișnuit includ calcitul (CaCO3), cuarțul (SiO2), azotatul (nitrat) de sodiu etc.
Cristal acromatic: Caracteristicile speciale de dispersie ale cristalului sunt utilizate pentru fabricarea lentilelor obiectiv acromatice. De exemplu, fluorura de calciu (CaF2) este combinată cu sticla pentru a forma un sistem acromatic, care poate elimina aberațiile sferice și spectrul secundar.
Cristal laser: utilizat ca materiale de lucru pentru lasere în stare solidă, cum ar fi rubinul, fluorura de calciu, cristalul de granat de ytriu și aluminiu dopat cu neodim etc.
Materialele cristaline sunt împărțite în naturale și cultivate artificial. Cristalele naturale sunt foarte rare, dificil de cultivat artificial, au dimensiuni limitate și sunt costisitoare. În general, atunci când materialul de sticlă este insuficient, acesta poate funcționa în banda luminii invizibile și este utilizat în industria semiconductorilor și a laserelor.
03 Materiale optice speciale
a. Vitroceramică
Vitroceramica este un material optic special, care nu este nici sticlă, nici cristal, ci ceva între acestea. Principala diferență dintre vitroceramica și sticla optică obișnuită este prezența structurii cristaline. Are o structură cristalină mai fină decât ceramica. Are caracteristici precum coeficient de dilatare termică scăzut, rezistență ridicată, duritate mare, densitate redusă și stabilitate extrem de ridicată. Este utilizată pe scară largă în prelucrarea cristalelor plate, a instrumentelor de măsurare standard, a oglinzilor mari, a giroscoapelor laser etc.
Coeficientul de dilatare termică al materialelor optice microcristaline poate ajunge la 0,0 ± 0,2 × 10-7 / ℃ (0 ~ 50 ℃)
b. Carbură de siliciu
Carbura de siliciu este un material ceramic special, utilizat și ca material optic. Carbura de siliciu are o rigiditate bună, un coeficient de deformare termică scăzut, o stabilitate termică excelentă și un efect semnificativ de reducere a greutății. Este considerată principalul material pentru oglinzi ușoare de dimensiuni mari și este utilizată pe scară largă în industria aerospațială, lasere de mare putere, semiconductori și alte domenii.
Aceste categorii de materiale optice pot fi numite și materiale pentru medii optice. Pe lângă principalele categorii de materiale pentru medii optice, materialele cu fibre optice, materialele pentru pelicule optice, materialele cu cristale lichide, materialele luminescente etc. aparțin tuturor materialelor optice. Dezvoltarea tehnologiei optice este inseparabilă de tehnologia materialelor optice. Așteptăm cu nerăbdare progresul tehnologiei materialelor optice din țara mea.
Data publicării: 05 ian. 2024
