De eerste stap in elk optisch productieproces is de selectie van geschikte optische materialen. Optische parameters (brekingsindex, Abbe-getal, transmissie, reflectiviteit), fysische eigenschappen (hardheid, vervorming, gehalte aan belletjes, Poisson-coëfficiënt) en zelfs temperatuurkarakteristieken (thermische uitzettingscoëfficiënt, relatie tussen brekingsindex en temperatuur) van optische materialen hebben allemaal invloed op de optische eigenschappen van optische materialen. Prestaties van optische componenten en systemen. Dit artikel introduceert kort de meest voorkomende optische materialen en hun eigenschappen.
Optische materialen worden hoofdzakelijk onderverdeeld in drie categorieën: optisch glas, optisch kristal en speciale optische materialen.
01 Optisch glas
Optisch glas is een amorf (glasachtig) optisch medium dat licht kan doorlaten. Licht dat erdoorheen valt, kan de voortplantingsrichting, fase en intensiteit ervan veranderen. Het wordt vaak gebruikt voor de productie van optische componenten zoals prisma's, lenzen, spiegels, vensters en filters in optische instrumenten of systemen. Optisch glas heeft een hoge transparantie, chemische stabiliteit en fysische uniformiteit in structuur en prestaties. Het heeft specifieke en nauwkeurige optische constanten. In de vaste toestand bij lage temperatuur behoudt optisch glas de amorfe structuur van de vloeibare toestand bij hoge temperatuur. Idealiter zijn de interne fysische en chemische eigenschappen van glas, zoals de brekingsindex, thermische uitzettingscoëfficiënt, hardheid, thermische geleidbaarheid, elektrische geleidbaarheid, elasticiteitsmodulus, enz., in alle richtingen hetzelfde, wat isotropie wordt genoemd.
Tot de belangrijkste fabrikanten van optisch glas behoren onder meer Schott uit Duitsland, Corning uit de Verenigde Staten, Ohara uit Japan en het binnenlandse Chengdu Guangming Glass (CDGM).
Brekingsindex en dispersiediagram
brekingsindexcurven van optisch glas
Transmissiecurven
02. Optisch kristal
Optisch kristal verwijst naar het kristalmateriaal dat in optische media wordt gebruikt. Vanwege de structurele eigenschappen van optische kristallen kunnen ze breed worden gebruikt voor de productie van diverse vensters, lenzen en prisma's voor ultraviolet- en infraroodtoepassingen. Afhankelijk van de kristalstructuur kan het worden onderverdeeld in monokristal en polykristal. Monokristalmaterialen hebben een hoge kristalintegriteit en lichtdoorlatendheid, evenals een laag ingangsverlies, waardoor monokristallen voornamelijk worden gebruikt in optische kristallen.
Specifiek: Veelvoorkomende UV- en infraroodkristalmaterialen zijn: kwarts (SiO2), calciumfluoride (CaF2), lithiumfluoride (LiF), steenzout (NaCl), silicium (Si), germanium (Ge), enz.
Polariserende kristallen: Veelgebruikte polariserende kristallen zijn calciet (CaCO3), kwarts (SiO2), natriumnitraat (nitraat), etc.
Achromatisch kristal: De speciale dispersie-eigenschappen van het kristal worden gebruikt voor de productie van achromatische objectieflenzen. Zo wordt calciumfluoride (CaF2) gecombineerd met glas om een achromatisch systeem te vormen, dat sferische aberratie en secundair spectrum kan elimineren.
Laserkristal: wordt gebruikt als werkmateriaal voor vastestoflasers, bijvoorbeeld robijn, calciumfluoride, neodymium-gedoteerd yttrium-aluminium-granaatkristal, enz.
Kristalmaterialen worden onderverdeeld in natuurlijk en kunstmatig gekweekt. Natuurlijke kristallen zijn zeer zeldzaam, moeilijk kunstmatig te kweken, beperkt in grootte en kostbaar. Wanneer glasmateriaal onvoldoende is, kan het in het niet-zichtbare lichtbereik werken en wordt het gebruikt in de halfgeleider- en laserindustrie.
03 Speciale optische materialen
a. Glaskeramiek
Glaskeramiek is een speciaal optisch materiaal dat noch glas noch kristal is, maar ergens ertussenin. Het belangrijkste verschil tussen glaskeramiek en gewoon optisch glas is de aanwezigheid van een kristalstructuur. Het heeft een fijnere kristalstructuur dan keramiek. Het heeft de volgende kenmerken: een lage thermische uitzettingscoëfficiënt, hoge sterkte, hoge hardheid, lage dichtheid en extreem hoge stabiliteit. Het wordt veel gebruikt bij de verwerking van platte kristallen, standaard meetlatten, grote spiegels, lasergyroscopen, enz.
De thermische expansiecoëfficiënt van microkristallijne optische materialen kan 0,0±0,2×10-7/℃ (0~50℃) bereiken
b. Siliciumcarbide
Siliciumcarbide is een speciaal keramisch materiaal dat ook als optisch materiaal wordt gebruikt. Siliciumcarbide heeft een goede stijfheid, een lage thermische vervormingscoëfficiënt, uitstekende thermische stabiliteit en een aanzienlijk gewichtsverlagend effect. Het wordt beschouwd als het belangrijkste materiaal voor grote, lichtgewicht spiegels en wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, bij krachtige lasers, in halfgeleiders en andere sectoren.
Deze categorieën optische materialen kunnen ook optische mediamaterialen worden genoemd. Naast de hoofdcategorieën optische mediamaterialen behoren ook optische vezelmaterialen, optische filmmaterialen, vloeibaar-kristalmaterialen, luminescerende materialen, enz. tot de optische materialen. De ontwikkeling van optische technologie is onlosmakelijk verbonden met optische materiaaltechnologie. We kijken uit naar de vooruitgang in de optische materiaaltechnologie van mijn land.
Plaatsingstijd: 05-01-2024
