Pirmasis bet kokio optinių gaminių gamybos proceso žingsnis yra tinkamų optinių medžiagų parinkimas. Optiniai parametrai (lūžio rodiklis, Abbe skaičius, pralaidumas, atspindumas), fizikinės savybės (kietumas, deformacija, burbuliukų kiekis, Puasono santykis) ir net temperatūros charakteristikos (šiluminio plėtimosi koeficientas, lūžio rodiklio ir temperatūros santykis) – visa tai turės įtakos optinių medžiagų optinėms savybėms. Optinių komponentų ir sistemų veikimas. Šiame straipsnyje trumpai pristatysime įprastas optines medžiagas ir jų savybes.
Optinės medžiagos daugiausia skirstomos į tris kategorijas: optinį stiklą, optinį kristalą ir specialias optines medžiagas.
01 Optinis stiklas
Optinis stiklas yra amorfinė (stiklinė) optinė terpė, galinti praleisti šviesą. Per ją praeinanti šviesa gali pakeisti savo sklidimo kryptį, fazę ir intensyvumą. Jis dažniausiai naudojamas optiniams komponentams, tokiems kaip prizmės, lęšiai, veidrodžiai, langai ir filtrai, gaminti optiniuose prietaisuose ar sistemose. Optinis stiklas pasižymi dideliu skaidrumu, cheminiu stabilumu ir fiziniu vienodumu struktūroje bei eksploatacinėse savybėse. Jis turi specifines ir tikslias optines konstantas. Žemos temperatūros kietoje būsenoje optinis stiklas išlaiko amorfinę aukštos temperatūros skystos būsenos struktūrą. Idealiu atveju stiklo vidinės fizinės ir cheminės savybės, tokios kaip lūžio rodiklis, šiluminio plėtimosi koeficientas, kietumas, šilumos laidumas, elektrinis laidumas, elastingumo modulis ir kt., yra vienodos visomis kryptimis, tai vadinama izotropija.
Pagrindiniai optinio stiklo gamintojai yra Vokietijos „Schott“, JAV „Corning“, Japonijos „Ohara“ ir vietinė „Chengdu Guangming Glass“ (CDGM) ir kt.
Lūžio rodiklio ir dispersijos diagrama
optinio stiklo lūžio rodiklio kreivės
Pralaidumo kreivės
02. Optinis kristalas
Optinis kristalas – tai kristalinė medžiaga, naudojama optinėse terpėse. Dėl optinių kristalų struktūrinių savybių jie gali būti plačiai naudojami gaminant įvairius langus, lęšius ir prizmes ultravioletinių ir infraraudonųjų spindulių taikymams. Pagal kristalinę struktūrą juos galima suskirstyti į monokristalą ir polikristalą. Monokristalinės medžiagos pasižymi dideliu kristalo vientisumu ir šviesos pralaidumu, taip pat mažais įėjimo nuostoliais, todėl monokristalai daugiausia naudojami optiniuose kristaluose.
Konkrečiai: Įprastos UV ir infraraudonųjų spindulių kristalinės medžiagos yra: kvarcas (SiO2), kalcio fluoridas (CaF2), ličio fluoridas (LiF), akmens druska (NaCl), silicis (Si), germanis (Ge) ir kt.
Poliarizuojantys kristalai: Dažniausiai naudojami poliarizuojantys kristalai yra kalcitas (CaCO3), kvarcas (SiO2), natrio nitratas (nitratas) ir kt.
Achromatinis kristalas: specialios kristalo dispersijos savybės naudojamos achromatiniams objektyvams gaminti. Pavyzdžiui, kalcio fluoridas (CaF2) sujungiamas su stiklu, kad būtų sukurta achromatinė sistema, kuri gali pašalinti sferinę aberaciją ir antrinį spektrą.
Lazerinis kristalas: naudojamas kaip kietojo kūno lazerių darbinė medžiaga, pvz., rubinas, kalcio fluoridas, neodimiu legiruotas itrio aliuminio granato kristalas ir kt.
Kristalinės medžiagos skirstomos į natūralias ir dirbtinai išaugintas. Natūralūs kristalai yra labai reti, juos sunku dirbtinai išauginti, jų dydis ribotas, jie brangūs. Paprastai svarstoma, kai stiklo medžiagos nepakanka, nes jis gali veikti nematomoje šviesos juostoje ir yra naudojamas puslaidininkių bei lazerių pramonėje.
03 Specialios optinės medžiagos
a. Stiklo keramika
Stiklo keramika yra speciali optinė medžiaga, kuri nėra nei stiklas, nei kristalas, o yra kažkas tarp jų. Pagrindinis skirtumas tarp stiklo keramikos ir įprasto optinio stiklo yra kristalinės struktūros buvimas. Ji turi smulkesnę kristalinę struktūrą nei keramika. Ji pasižymi mažu šiluminio plėtimosi koeficientu, dideliu stiprumu, dideliu kietumu, mažu tankiu ir itin dideliu stabilumu. Ji plačiai naudojama plokščių kristalų, standartinių matuoklių, didelių veidrodžių, lazerinių giroskopų ir kt. apdirbimui.
Mikrokristalinių optinių medžiagų šiluminio plėtimosi koeficientas gali siekti 0,0 ± 0,2 × 10-7 / ℃ (0 ~ 50 ℃).
b. Silicio karbidas
Silicio karbidas yra speciali keraminė medžiaga, kuri taip pat naudojama kaip optinė medžiaga. Silicio karbidas pasižymi geru standumu, mažu terminės deformacijos koeficientu, puikiu terminiu stabilumu ir dideliu svorio mažinimo efektu. Jis laikomas pagrindine medžiaga didelių matmenų lengviems veidrodžiams ir yra plačiai naudojamas aviacijos ir kosmoso pramonėje, didelės galios lazeriuose, puslaidininkiuose ir kitose srityse.
Šias optinių medžiagų kategorijas taip pat galima vadinti optinių laikmenų medžiagomis. Be pagrindinių optinių laikmenų medžiagų kategorijų, optinių skaidulų medžiagos, optinių plėvelių medžiagos, skystųjų kristalų medžiagos, liuminescencinės medžiagos ir kt. visos jos priklauso optinėms medžiagoms. Optinių technologijų plėtra yra neatsiejama nuo optinių medžiagų technologijos. Laukiame savo šalies optinių medžiagų technologijos pažangos.
Įrašo laikas: 2024 m. sausio 5 d.
