Το πρώτο βήμα σε κάθε διαδικασία κατασκευής οπτικών είναι η επιλογή των κατάλληλων οπτικών υλικών. Οπτικές παράμετροι (δείκτης διάθλασης, αριθμός Abbe, διαπερατότητα, ανακλαστικότητα), φυσικές ιδιότητες (σκληρότητα, παραμόρφωση, περιεχόμενο φυσαλίδων, λόγος Poisson) και ακόμη και χαρακτηριστικά θερμοκρασίας (συντελεστής θερμικής διαστολής, σχέση μεταξύ δείκτη διάθλασης και θερμοκρασίας) των οπτικών υλικών Όλα θα επηρεάσουν τις οπτικές ιδιότητες των οπτικών υλικών. Απόδοση οπτικών εξαρτημάτων και συστημάτων. Αυτό το άρθρο θα παρουσιάσει εν συντομία τα κοινά οπτικά υλικά και τις ιδιότητές τους.
Τα οπτικά υλικά χωρίζονται κυρίως σε τρεις κατηγορίες: Οπτικό γυαλί, οπτικό κρύσταλλο και Ειδικά οπτικά υλικά.
01 Οπτικό γυαλί
Το οπτικό γυαλί είναι ένα άμορφο (γυάλινο) οπτικό μέσο υλικό που μπορεί να μεταδώσει φως. Το φως που περνά μέσα από αυτό μπορεί να αλλάξει την κατεύθυνση διάδοσης, τη φάση και την έντασή του. Χρησιμοποιείται συνήθως για την παραγωγή οπτικών εξαρτημάτων όπως πρίσματα, φακούς, καθρέφτες, παράθυρα και φίλτρα σε οπτικά όργανα ή συστήματα. Το οπτικό γυαλί έχει υψηλή διαφάνεια, χημική σταθερότητα και φυσική ομοιομορφία στη δομή και την απόδοση. Έχει συγκεκριμένες και ακριβείς οπτικές σταθερές. Στη στερεά κατάσταση χαμηλής θερμοκρασίας, το οπτικό γυαλί διατηρεί την άμορφη δομή της υγρής κατάστασης υψηλής θερμοκρασίας. Στην ιδανική περίπτωση, οι εσωτερικές φυσικές και χημικές ιδιότητες του γυαλιού, όπως ο δείκτης διάθλασης, ο συντελεστής θερμικής διαστολής, η σκληρότητα, η θερμική αγωγιμότητα, η ηλεκτρική αγωγιμότητα, το μέτρο ελαστικότητας κ.λπ., είναι ίδιες προς όλες τις κατευθύνσεις, το οποίο ονομάζεται ισοτροπία.
Οι κύριοι κατασκευαστές οπτικού γυαλιού περιλαμβάνουν τη Schott της Γερμανίας, την Corning των Ηνωμένων Πολιτειών, την Ohara της Ιαπωνίας και την εγχώρια Chengdu Guangming Glass (CDGM) κ.λπ.
Διάγραμμα δείκτη διάθλασης και διασποράς
καμπύλες δείκτη διάθλασης οπτικού γυαλιού
Καμπύλες διαπερατότητας
02. Οπτικός κρύσταλλος
Ο οπτικός κρύσταλλος αναφέρεται στο κρυσταλλικό υλικό που χρησιμοποιείται σε οπτικά μέσα. Λόγω των δομικών χαρακτηριστικών των οπτικών κρυστάλλων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως για την κατασκευή διαφόρων παραθύρων, φακών και πρισμάτων για εφαρμογές υπεριώδους και υπέρυθρης ακτινοβολίας. Σύμφωνα με την κρυσταλλική δομή, μπορεί να χωριστεί σε μονοκρυσταλλικό και πολυκρυσταλλικό. Τα μονοκρυσταλλικά υλικά έχουν υψηλή κρυσταλλική ακεραιότητα και διαπερατότητα φωτός, καθώς και χαμηλή απώλεια εισόδου, επομένως οι μονοκρυστάλλοι χρησιμοποιούνται κυρίως σε οπτικούς κρυστάλλους.
Συγκεκριμένα: Τα κοινά κρυσταλλικά υλικά υπεριώδους και υπέρυθρης ακτινοβολίας περιλαμβάνουν: χαλαζία (SiO2), φθοριούχο ασβέστιο (CaF2), φθοριούχο λίθιο (LiF), ορυκτό αλάτι (NaCl), πυρίτιο (Si), γερμάνιο (Ge) κ.λπ.
Πολωτικοί κρύσταλλοι: Οι συνήθως χρησιμοποιούμενοι πολωτικοί κρύσταλλοι περιλαμβάνουν ασβεστίτη (CaCO3), χαλαζία (SiO2), νιτρικό νάτριο (νιτρικό) κ.λπ.
Αχρωματικός κρύσταλλος: Τα ειδικά χαρακτηριστικά διασποράς του κρυστάλλου χρησιμοποιούνται για την κατασκευή αχρωματικών αντικειμενικών φακών. Για παράδειγμα, το φθοριούχο ασβέστιο (CaF2) συνδυάζεται με γυαλί για να σχηματίσει ένα αχρωματικό σύστημα, το οποίο μπορεί να εξαλείψει τη σφαιρική εκτροπή και το δευτερεύον φάσμα.
Κρύσταλλος λέιζερ: χρησιμοποιείται ως υλικό εργασίας για λέιζερ στερεάς κατάστασης, όπως ρουμπίνι, φθοριούχο ασβέστιο, κρύσταλλος γρανάτη αλουμινίου υττρίου με πρόσμειξη νεοδυμίου κ.λπ.
Τα κρυσταλλικά υλικά χωρίζονται σε φυσικά και τεχνητά καλλιεργούμενα. Οι φυσικοί κρύσταλλοι είναι πολύ σπάνιοι, δύσκολα αναπτύσσονται τεχνητά, περιορισμένοι σε μέγεθος και δαπανηροί. Γενικά θεωρείται όταν το υλικό γυαλιού είναι ανεπαρκές, μπορεί να λειτουργήσει στη ζώνη μη ορατού φωτός και χρησιμοποιείται στη βιομηχανία ημιαγωγών και λέιζερ.
03 Ειδικά οπτικά υλικά
ένα. Γυαλί-κεραμικό
Το γυαλί-κεραμικό είναι ένα ειδικό οπτικό υλικό που δεν είναι ούτε γυαλί ούτε κρύσταλλο, αλλά κάπου ενδιάμεσα. Η κύρια διαφορά μεταξύ υαλοκεραμικού και συνηθισμένου οπτικού γυαλιού είναι η παρουσία κρυσταλλικής δομής. Έχει λεπτότερη κρυσταλλική δομή από το κεραμικό. Έχει τα χαρακτηριστικά του χαμηλού συντελεστή θερμικής διαστολής, της υψηλής αντοχής, της υψηλής σκληρότητας, της χαμηλής πυκνότητας και της εξαιρετικά υψηλής σταθερότητας. Χρησιμοποιείται ευρέως στην επεξεργασία επίπεδων κρυστάλλων, τυποποιημένων ραβδιών μετρητών, μεγάλων καθρεπτών, γυροσκοπίων λέιζερ κ.λπ.
Ο συντελεστής θερμικής διαστολής των μικροκρυσταλλικών οπτικών υλικών μπορεί να φτάσει το 0,0±0,2×10-7/℃ (0~50℃)
σι. Καρβίδιο του πυριτίου
Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένα εξειδικευμένο κεραμικό υλικό που χρησιμοποιείται επίσης ως οπτικό υλικό. Το καρβίδιο του πυριτίου έχει καλή ακαμψία, χαμηλό συντελεστή θερμικής παραμόρφωσης, εξαιρετική θερμική σταθερότητα και σημαντική επίδραση μείωσης βάρους. Θεωρείται το κύριο υλικό για μεγάλου μεγέθους ελαφρούς καθρέφτες και χρησιμοποιείται ευρέως στην αεροδιαστημική, τα λέιζερ υψηλής ισχύος, τους ημιαγωγούς και άλλους τομείς.
Αυτές οι κατηγορίες οπτικών υλικών μπορούν επίσης να ονομαστούν υλικά οπτικών μέσων. Εκτός από τις κύριες κατηγορίες υλικών οπτικών μέσων, τα υλικά οπτικών ινών, τα υλικά οπτικών φιλμ, τα υλικά υγρών κρυστάλλων, τα υλικά φωταύγειας κ.λπ. ανήκουν όλα στα οπτικά υλικά. Η ανάπτυξη της οπτικής τεχνολογίας είναι αδιαχώριστη από την τεχνολογία οπτικών υλικών. Ανυπομονούμε για την πρόοδο της τεχνολογίας οπτικών υλικών της χώρας μου.
Ώρα δημοσίευσης: Ιαν-05-2024
