Pirmais solis jebkurā optisko iekārtu ražošanas procesā ir atbilstošu optisko materiālu izvēle. Optisko materiālu optiskie parametri (refrakcijas indekss, Abes skaitlis, caurlaidība, atstarošanas spēja), fizikālās īpašības (cietība, deformācija, burbuļu saturs, Puasona koeficients) un pat temperatūras raksturlielumi (termiskās izplešanās koeficients, refrakcijas indeksa un temperatūras attiecība) ietekmē optisko materiālu optiskās īpašības. Optisko komponentu un sistēmu veiktspēja. Šajā rakstā īsumā tiks iepazīstināts ar izplatītākajiem optiskajiem materiāliem un to īpašībām.
Optiskie materiāli galvenokārt tiek iedalīti trīs kategorijās: optiskais stikls, optiskais kristāls un speciālie optiskie materiāli.
01 Optiskais stikls
Optiskais stikls ir amorfs (stiklveida) optiskās vides materiāls, kas var caurlaidīt gaismu. Caur to ejot, gaisma var mainīt tās izplatīšanās virzienu, fāzi un intensitāti. To parasti izmanto optisko komponentu, piemēram, prizmu, lēcu, spoguļu, logu un filtru, ražošanai optiskajos instrumentos vai sistēmās. Optiskajam stiklam ir augsta caurspīdība, ķīmiskā stabilitāte un fizikāla vienmērība struktūrā un veiktspējā. Tam ir specifiskas un precīzas optiskās konstantes. Zemā temperatūrā cietā stāvoklī optiskais stikls saglabā augstas temperatūras šķidrā stāvokļa amorfo struktūru. Ideālā gadījumā stikla iekšējās fizikālās un ķīmiskās īpašības, piemēram, refrakcijas indekss, termiskās izplešanās koeficients, cietība, siltumvadītspēja, elektrovadītspēja, elastības modulis utt., ir vienādas visos virzienos, ko sauc par izotropiju.
Galvenie optiskā stikla ražotāji ir Vācijas uzņēmums Schott, ASV uzņēmums Corning, Japānas uzņēmums Ohara un vietējais uzņēmums Chengdu Guangming Glass (CDGM) u. c.
Refrakcijas indeksa un dispersijas diagramma
optiskā stikla refrakcijas indeksa līknes
Caurlaidības līknes
02. Optiskais kristāls
Optiskais kristāls ir kristāla materiāls, ko izmanto optiskajos datu nesējos. Pateicoties optisko kristālu strukturālajām īpašībām, tos var plaši izmantot dažādu logu, lēcu un prizmu izgatavošanai ultravioletā un infrasarkanā starojuma lietojumprogrammām. Atkarībā no kristāla struktūras tos var iedalīt monokristālos un polikristāliskos. Monokristālu materiāliem ir augsta kristāla integritāte un gaismas caurlaidība, kā arī zemi ieejas zudumi, tāpēc monokristālus galvenokārt izmanto optiskajos kristālos.
Konkrēti: izplatītākie UV un infrasarkano staru kristālu materiāli ir: kvarcs (SiO2), kalcija fluorīds (CaF2), litija fluorīds (LiF), akmens sāls (NaCl), silīcijs (Si), germānijs (Ge) utt.
Polarizējošie kristāli: Bieži izmantotie polarizējošie kristāli ir kalcīts (CaCO3), kvarcs (SiO2), nātrija nitrāts (nitrāts) utt.
Ahromatiskais kristāls: kristāla īpašās dispersijas īpašības tiek izmantotas ahromatisku objektīvu lēcu ražošanā. Piemēram, kalcija fluorīds (CaF2) tiek apvienots ar stiklu, lai izveidotu ahromatisku sistēmu, kas var novērst sfērisko aberāciju un sekundāro spektru.
Lāzera kristāls: izmanto kā darba materiālus cietvielu lāzeriem, piemēram, rubīnu, kalcija fluorīdu, ar neodīmu leģētu itrija alumīnija granāta kristālu utt.
Kristālu materiāli tiek iedalīti dabiskos un mākslīgi audzētos. Dabiskie kristāli ir ļoti reti, tos ir grūti mākslīgi audzēt, to izmērs ir ierobežots un tie ir dārgi. Parasti tos apsver, ja stikla materiāla nav pietiekami, tie var darboties neredzamās gaismas joslā un tiek izmantoti pusvadītāju un lāzeru rūpniecībā.
03 Speciālie optiskie materiāli
a. Stikla keramika
Stikla keramika ir īpašs optiskais materiāls, kas nav ne stikls, ne kristāls, bet gan kaut kur pa vidu. Galvenā atšķirība starp stikla keramiku un parasto optisko stiklu ir kristāliskās struktūras klātbūtne. Tai ir smalkāka kristāliskā struktūra nekā keramikai. Tai piemīt zems termiskās izplešanās koeficients, augsta izturība, augsta cietība, zems blīvums un ārkārtīgi augsta stabilitāte. To plaši izmanto plakano kristālu, standarta mērstieņu, lielu spoguļu, lāzeržiroskopu u.c. apstrādē.
Mikrokristālisko optisko materiālu termiskās izplešanās koeficients var sasniegt 0,0 ± 0,2 × 10-7 / ℃ (0 ~ 50 ℃).
b. Silīcija karbīds
Silīcija karbīds ir specializēts keramikas materiāls, ko izmanto arī kā optisko materiālu. Silīcija karbīdam ir laba stingrība, zems termiskās deformācijas koeficients, lieliska termiskā stabilitāte un ievērojams svara samazināšanas efekts. Tas tiek uzskatīts par galveno materiālu liela izmēra vieglajiem spoguļiem un tiek plaši izmantots kosmosa, lieljaudas lāzeru, pusvadītāju un citās jomās.
Šīs optisko materiālu kategorijas var saukt arī par optisko datu nesēju materiāliem. Papildus galvenajām optisko datu nesēju materiālu kategorijām optisko šķiedru materiāli, optisko plēvju materiāli, šķidro kristālu materiāli, luminiscējošie materiāli utt. visi pieder pie optiskajiem materiāliem. Optisko tehnoloģiju attīstība ir neatdalāma no optisko materiālu tehnoloģijas. Mēs ceram uz mūsu valsts optisko materiālu tehnoloģijas progresu.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 5. janvāris
