El primer pas en qualsevol procés de fabricació òptica és la selecció dels materials òptics adequats. Els paràmetres òptics (índex de refracció, nombre d'Abbe, transmitància, reflectivitat), les propietats físiques (duresa, deformació, contingut de bombolles, relació de Poisson) i fins i tot les característiques de temperatura (coeficient de dilatació tèrmica, relació entre l'índex de refracció i la temperatura) dels materials òptics afectaran les propietats òptiques dels materials òptics. Rendiment dels components i sistemes òptics. Aquest article introduirà breument els materials òptics comuns i les seves propietats.
Els materials òptics es divideixen principalment en tres categories: vidre òptic, cristall òptic i materials òptics especials.
01 Vidre òptic
El vidre òptic és un material de medi òptic amorf (vitri) que pot transmetre llum. La llum que hi passa pot canviar la seva direcció de propagació, fase i intensitat. S'utilitza habitualment per produir components òptics com ara prismes, lents, miralls, finestres i filtres en instruments o sistemes òptics. El vidre òptic té una alta transparència, estabilitat química i uniformitat física en estructura i rendiment. Té constants òptiques específiques i precises. En estat sòlid a baixa temperatura, el vidre òptic conserva l'estructura amorfa de l'estat líquid a alta temperatura. Idealment, les propietats físiques i químiques internes del vidre, com ara l'índex de refracció, el coeficient de dilatació tèrmica, la duresa, la conductivitat tèrmica, la conductivitat elèctrica, el mòdul elàstic, etc., són les mateixes en totes les direccions, cosa que s'anomena isotropia.
Els principals fabricants de vidre òptic inclouen Schott d'Alemanya, Corning dels Estats Units, Ohara del Japó i el vidre nacional Chengdu Guangming Glass (CDGM), etc.
Índex de refracció i diagrama de dispersió
corbes d'índex de refracció del vidre òptic
Corbes de transmitància
02. Cristall òptic
El cristall òptic fa referència al material cristal·lí utilitzat en els medis òptics. A causa de les característiques estructurals dels cristalls òptics, es pot utilitzar àmpliament per fabricar diverses finestres, lents i prismes per a aplicacions ultraviolades i infraroges. Segons l'estructura cristal·lina, es pot dividir en monocristall i policristal·lí. Els materials monocristalls tenen una alta integritat cristal·lina i transmitància de la llum, així com una baixa pèrdua d'entrada, per la qual cosa els monocristalls s'utilitzen principalment en cristalls òptics.
Concretament: els materials cristallins UV i infrarojos comuns inclouen: quars (SiO2), fluorur de calci (CaF2), fluorur de liti (LiF), sal de roca (NaCl), silici (Si), germani (Ge), etc.
Cristalls polaritzants: Els cristalls polaritzants que s'utilitzen habitualment inclouen la calcita (CaCO3), el quars (SiO2), el nitrat de sodi (nitrat), etc.
Cristall acromàtic: Les característiques especials de dispersió del cristall s'utilitzen per fabricar lents objectives acromàtiques. Per exemple, el fluorur de calci (CaF2) es combina amb vidre per formar un sistema acromàtic, que pot eliminar l'aberració esfèrica i l'espectre secundari.
Cristall làser: utilitzat com a material de treball per a làsers d'estat sòlid, com ara robí, fluorur de calci, cristall de granat d'itri i alumini dopat amb neodimi, etc.
Els materials cristal·lins es divideixen en naturals i cultivats artificialment. Els cristalls naturals són molt rars, difícils de cultivar artificialment, de mida limitada i costosos. Generalment es considera que quan el material de vidre és insuficient, pot funcionar a la banda de llum no visible i s'utilitza en les indústries dels semiconductors i del làser.
03 Materials òptics especials
a. Vitroceràmica
La vitroceràmica és un material òptic especial que no és ni vidre ni cristall, sinó que es troba entremig. La principal diferència entre la vitroceràmica i el vidre òptic ordinari és la presència d'una estructura cristal·lina. Té una estructura cristal·lina més fina que la ceràmica. Té les característiques d'un baix coeficient d'expansió tèrmica, alta resistència, alta duresa, baixa densitat i una estabilitat extremadament alta. S'utilitza àmpliament en el processament de cristalls plans, varetes mètriques estàndard, miralls grans, giroscopis làser, etc.
El coeficient d'expansió tèrmica dels materials òptics microcristal·lins pot arribar a 0,0 ± 0,2 × 10-7 / ℃ (0 ~ 50 ℃)
b. Carbur de silici
El carbur de silici és un material ceràmic especial que també s'utilitza com a material òptic. El carbur de silici té una bona rigidesa, un baix coeficient de deformació tèrmica, una excel·lent estabilitat tèrmica i un efecte significatiu de reducció de pes. Es considera el material principal per a miralls lleugers de grans dimensions i s'utilitza àmpliament en la indústria aeroespacial, làsers d'alta potència, semiconductors i altres camps.
Aquestes categories de materials òptics també es poden anomenar materials de suports òptics. A més de les principals categories de materials de suports òptics, els materials de fibra òptica, els materials de pel·lícula òptica, els materials de cristall líquid, els materials luminescents, etc., pertanyen tots als materials òptics. El desenvolupament de la tecnologia òptica és inseparable de la tecnologia de materials òptics. Esperem amb interès el progrés de la tecnologia de materials òptics del meu país.
Data de publicació: 05-01-2024
