Primul pas în orice proces de fabricație optică este selectarea materialelor optice adecvate.Parametrii optici (indicele de refracție, numărul Abbe, transmitanța, reflectivitate), proprietățile fizice (duritatea, deformarea, conținutul de bule, raportul lui Poisson) și chiar caracteristicile temperaturii (coeficientul de dilatare termică, relația dintre indicele de refracție și temperatură) ale materialelor optice. Toate vor afecta proprietățile optice ale materialelor optice.Performanța componentelor și sistemelor optice.Acest articol va prezenta pe scurt materialele optice comune și proprietățile lor.
Materialele optice sunt împărțite în principal în trei categorii: sticlă optică, cristal optic și materiale optice speciale.
01 Sticla optică
Sticla optică este un material mediu optic amorf (sticlos) care poate transmite lumina.Lumina care trece prin el își poate schimba direcția de propagare, faza și intensitatea.Este folosit în mod obișnuit pentru a produce componente optice, cum ar fi prisme, lentile, oglinzi, ferestre și filtre în instrumente sau sisteme optice.Sticla optică are o transparență ridicată, stabilitate chimică și uniformitate fizică în structură și performanță.Are constante optice specifice și precise.În starea solidă la temperatură joasă, sticla optică 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) etc.
Indicele de refracție și diagrama de dispersie
curbele indicelui de refracție din sticlă optică
Curbe de transmisie
02. Cristal optic
Cristalul optic se referă la materialul de cristal utilizat în mediile optice.Datorită caracteristicilor structurale ale cristalelor optice, poate fi utilizat pe scară largă pentru a face diferite ferestre, lentile și prisme pentru aplicații în ultraviolete și infraroșu.În funcție de structura cristalină, acesta poate fi împărțit în monocristalin și policristalin.Materialele cu un singur cristal au o integritate ridicată a cristalului și o transmisie a luminii, precum și o pierdere redusă de intrare, astfel încât cristalele simple sunt utilizate în principal în cristalele optice.
Mai exact: Materialele cristaline UV și infraroșu obișnuite 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), nitratul de sodiu (nitratul) etc.
Cristal acromatic: Caracteristicile speciale de dispersie ale cristalului sunt utilizate pentru fabricarea lentilelor obiective acromatice.De exemplu, fluorura de calciu (CaF2) este combinată cu sticla pentru a forma un sistem acromatic, care poate elimina aberația sferică și spectrul secundar.
Cristal laser: utilizat ca materiale de lucru pentru lasere cu stare solidă, cum ar fi rubin, fluorură de calciu, cristal de granat ytriu aluminiu dopat cu neodim etc.
Materialele cristaline sunt împărțite în naturale și cultivate artificial.Cristalele naturale sunt foarte rare, greu de crescut artificial, limitate ca dimensiune și costisitoare.Considerat în general atunci când materialul de sticlă este insuficient, poate funcționa în banda de lumină nevizibilă și este utilizat în industria semiconductoarelor și a laserului.
03 Materiale optice speciale
A.Sticlă-ceramică
Glass-ceramica este un material optic special care nu este nici sticla, nici cristal, ci undeva la mijloc.Principala diferență între vitro-ceramică și sticla optică obișnuită este prezența structurii cristaline.Are o structură cristalină mai fină decât ceramica.Are caracteristicile unui coeficient de dilatare termică scăzut, rezistență ridicată, duritate ridicată, densitate scăzută și stabilitate extrem de ridicată.Este utilizat pe scară largă în prelucrarea cristalelor plate, a bețelor standard, a oglinzilor mari, a giroscoapelor cu 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 de specialitate care este folosit și ca material optic.Carbura de siliciu are o rigiditate bună, un coeficient scăzut de deformare termică, o stabilitate termică excelentă și un efect semnificativ de reducere a greutății.Este considerat principalul material pentru oglinzile ușoare de dimensiuni mari și este utilizat pe scară largă în industria aerospațială, lasere de mare putere, semiconductori și alte domenii.
Aceste categorii de materiale optice pot fi numite și materiale medii optice.Pe lângă categoriile majore de materiale pentru medii optice, materialele din fibre optice, materialele de film optice, materialele cu cristale lichide, materialele luminiscente etc. aparțin materialelor optice.Dezvoltarea tehnologiei optice este inseparabilă de tehnologia materialelor optice.Așteptăm cu nerăbdare progresul tehnologiei materialelor optice din țara mea.
Ora postării: 05-ian-2024
