Der erste Schritt in jedem optischen Herstellungsprozess ist die Auswahl geeigneter optischer Materialien. Optische Parameter (Brechungsindex, Abbe-Zahl, Transmission, Reflektivität), physikalische Eigenschaften (Härte, Verformung, Blasengehalt, Poissonzahl) und sogar Temperaturverhalten (Wärmeausdehnungskoeffizient, Verhältnis zwischen Brechungsindex und Temperatur) optischer Materialien beeinflussen deren optische Eigenschaften und die Leistung optischer Komponenten und Systeme. Dieser Artikel stellt gängige optische Materialien und ihre Eigenschaften kurz vor.
Optische Materialien werden hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: Optisches Glas, optischer Kristall und spezielle optische Materialien.
01 Optisches Glas
Optisches Glas ist ein amorphes (glasartiges) optisches Medium, das Licht durchlässt. Licht, das es durchdringt, kann seine Ausbreitungsrichtung, Phase und Intensität ändern. Es wird häufig zur Herstellung optischer Komponenten wie Prismen, Linsen, Spiegeln, Fenstern und Filtern in optischen Instrumenten oder Systemen verwendet. Optisches Glas zeichnet sich durch hohe Transparenz, chemische Stabilität und physikalische Einheitlichkeit in Struktur und Leistung aus. Es verfügt über spezifische und genaue optische Konstanten. Im festen Zustand bei niedriger Temperatur behält optisches Glas die amorphe Struktur des flüssigen Zustands bei hoher Temperatur. Idealerweise sind die inneren physikalischen und chemischen Eigenschaften von Glas, wie Brechungsindex, Wärmeausdehnungskoeffizient, Härte, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Elastizitätsmodul usw., in alle Richtungen gleich (Isotropie).
Zu den wichtigsten Herstellern von optischem Glas zählen Schott aus Deutschland, Corning aus den USA, Ohara aus Japan und das inländische Unternehmen Chengdu Guangming Glass (CDGM) usw.
Brechungsindex und Dispersionsdiagramm
Brechungsindexkurven für optisches Glas
Transmissionskurven
02. Optischer Kristall
Optischer Kristall bezeichnet das in optischen Medien verwendete Kristallmaterial. Aufgrund ihrer strukturellen Eigenschaften eignen sich optische Kristalle hervorragend zur Herstellung verschiedener Fenster, Linsen und Prismen für Ultraviolett- und Infrarotanwendungen. Je nach Kristallstruktur unterscheidet man zwischen Einkristallen und Polykristallen. Einkristallmaterialien zeichnen sich durch hohe Kristallintegrität und Lichtdurchlässigkeit sowie geringe Eingangsverluste aus, weshalb Einkristalle hauptsächlich in optischen Kristallen verwendet werden.
Konkret: Zu den gängigen UV- und Infrarot-Kristallmaterialien gehören: Quarz (SiO2), Calciumfluorid (CaF2), Lithiumfluorid (LiF), Steinsalz (NaCl), Silizium (Si), Germanium (Ge) usw.
Polarisierende Kristalle: Zu den häufig verwendeten polarisierenden Kristallen gehören Kalzit (CaCO3), Quarz (SiO2), Natriumnitrat (Nitrat) usw.
Achromatischer Kristall: Die besonderen Dispersionseigenschaften des Kristalls werden zur Herstellung achromatischer Objektivlinsen genutzt. Beispielsweise wird Calciumfluorid (CaF2) mit Glas kombiniert, um ein achromatisches System zu bilden, das sphärische Aberration und sekundäres Spektrum eliminieren kann.
Laserkristall: Wird als Werkstoff für Festkörperlaser verwendet, beispielsweise Rubin, Calciumfluorid, Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granatkristall usw.
Kristallmaterialien werden in natürliche und künstlich gezüchtete unterteilt. Natürliche Kristalle sind sehr selten, schwer künstlich zu züchten, in ihrer Größe begrenzt und teuer. Wenn Glasmaterial nicht ausreicht, kann es im nicht sichtbaren Lichtband arbeiten und wird in der Halbleiter- und Laserindustrie eingesetzt.
03 Spezielle optische Materialien
a. Glaskeramik
Glaskeramik ist ein spezielles optisches Material, das weder Glas noch Kristall ist, sondern irgendwo dazwischen liegt. Der Hauptunterschied zwischen Glaskeramik und gewöhnlichem optischem Glas liegt in der Kristallstruktur. Glaskeramik hat eine feinere Kristallstruktur als Keramik. Sie zeichnet sich durch einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, hohe Festigkeit, hohe Härte, geringe Dichte und extrem hohe Stabilität aus. Glaskeramik wird häufig zur Herstellung von Flachkristallen, Standard-Meterstäben, großen Spiegeln, Laserkreiseln usw. verwendet.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient mikrokristalliner optischer Materialien kann 0,0 ± 0,2 × 10-7/℃ (0 ~ 50 ℃) erreichen.
b. Siliziumkarbid
Siliziumkarbid ist ein spezielles Keramikmaterial, das auch als optisches Material verwendet wird. Siliziumkarbid zeichnet sich durch eine gute Steifigkeit, einen niedrigen thermischen Verformungskoeffizienten, eine ausgezeichnete thermische Stabilität und einen deutlichen Gewichtsreduzierungseffekt aus. Es gilt als Hauptmaterial für großformatige, leichte Spiegel und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, bei Hochleistungslasern, in der Halbleiterindustrie und anderen Bereichen eingesetzt.
Diese Kategorien optischer Materialien werden auch als optische Medienmaterialien bezeichnet. Neben den Hauptkategorien optischer Medienmaterialien gehören auch optische Fasermaterialien, optische Filmmaterialien, Flüssigkristallmaterialien, Leuchtstoffe usw. zu den optischen Materialien. Die Entwicklung der optischen Technologie ist untrennbar mit der optischen Materialtechnologie verbunden. Wir freuen uns auf die Fortschritte der optischen Materialtechnologie in unserem Land.
Beitragszeit: 05.01.2024
