光学材料的区别?有哪些种类区分呢?
一、常见的光学材料
在所有的光学制造中,第一步就是需要选择合适的光学材料。光学材料中的重要光学参数,(如:折射率,阿贝数,透过率,反射率等),物理参数如:硬度,气泡度,形变,等,甚至温度,热膨胀系数等。都是作为选择材料中的重要组成部分。本文将会对这些材料做一些简单的介绍
二:光学材料的分类
光学材料通常分为三大类,光学玻璃,光学晶体,特种光学材料
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光学玻璃
光学玻璃是一种可以传输光线的非晶态(玻璃态)光介质材料。光线通过它以后可改变传播方向、相位及强度等,常用于光学仪器或光学系统中棱镜、透镜、反射镜、窗口片、滤光片等光学元件制作。光学玻璃具有高度的透明性、化学稳定性及物理学(结构和性能)上的高度均匀性,具有特定和准确的光学常数。光学玻璃在低温固态下仍保留了高温液态的无定形结构,理想情况下玻璃内部沿各方向理化性能(如折射率、热膨胀系数、硬度、热导率、电导率、弹性模量等)相同,称为各向同性。
现在光学玻璃的生产厂商,主要有德国的肖特(SCHOTT)、美国的康宁(Corning)、日本的小原(OHARA)、国内的成都光明(CDGM)。在紫外波段我们常用的光学玻璃有紫外熔融石英(UVFS),常用的石英材料有国内的JGS1、JGS2、JGS3,Corning7980以及小原的高质量石英玻璃(SK-1300、SK-1310、SK-1320L、SK-1321等),我们的光学元件一般采用的是JGS1,其在180nm开始具有较高的透过率。Corning7980的均匀性好、气泡杂质含量少,所以多用于激光元件中,可以提供更高激光损伤阈值。可见光及近红外波段,常用的光学玻璃材料有肖特的N-BK7、浮法玻璃B270、成都光明的H-K9L等。N-BK7和H-K9L具有相似的性质,可以互相代替。它们在可见光和近红外(350 nm - 2.0 µm)提供高透过率。H-K9L精退火光学玻璃是我们高质量光学元件中最常用的玻璃。H-K9L精退火光学玻璃是一种硬质玻璃,能够承受多种物理和化学刺激。它比较耐刮而且耐化学品。由于气泡少、杂质含量低,因此它很适合制造精密透镜、窗口片、棱镜等元件。
2.
光学晶体
光学晶体是指用于光学介质材料的晶体材料总称。由于光学晶体的结构特性,可广泛用于制作各类紫外、红外应用领域的窗口片、透镜、棱镜。按照晶体结构又分为单晶和多晶。单晶材料具有更高的晶体完整性和光透过率,以及较低的输入损耗,因此常用的光学晶体以单晶为主。
◆ 常见的紫外、红外晶体材料有:石英(SiO2)、萤石(CaF2)、氟化锂(LiF)、岩盐(NaCl)、硅(Si)、锗(Ge)等。
◆ 偏振晶体:常用的偏振晶体有方解石(CaCO3)、石英(SiO2)和硝酸钠(硝石)等。
◆ 复消色差晶体:利用晶体特殊的色散特性制造复消色差物镜,如萤石(CaF2)与玻璃组合制成复消色差系统,可以消除球差和二级光谱。
◆ 激光晶体:可用作固体激光器的工作物质,如红宝石、氟化钙和掺钕钇铝石榴石晶体等。
常见晶体特点对比
晶体材料分天然和人工生长。天然晶体较少,人工生长难度大,尺寸受限,价格昂贵,一般在玻璃材料满足不了的情况下才会考虑,可工作于非可见光波段,应用于半导体,激光等行业。
03 特种光学材料
微晶玻璃是一种非玻璃非晶体的特种光学材料,介于玻璃和晶体之间。微晶玻璃与普通光学玻璃的区别主要是具有结晶的结构,而与陶瓷的主要区别是,它的结晶结构要比陶瓷细得多。具有热膨胀系数小、强度大、硬度高、密度小、稳定性极高的特点,被广泛用于加工平晶、标准米尺、大型反射镜、激光制导陀螺仪等。
碳化硅是一种特殊的陶瓷材料,也可做为光学材料使用。碳化硅具有刚度比好、热变形系数小、热稳定性优良以及减重效果显著等特点,被视为大尺寸轻质反射镜的主要选材,广泛应用在航天、强激光、半导体等领域。以上几大类光学材料也可称为光介质材料,光线通过它以后可改变传播方向、相位及强度等。除了这几大类光介质材料,光学纤维材料、光学薄膜材料、液晶材料、发光材料等都属于光学材料,光学技术的发展离不开光学材料技术,我们期待中国的光学材料技术更上一层楼。