Der erste Schritt in jedem optischen Herstellungsprozess ist die Auswahl geeigneter optischer Materialien. Optische Parameter (Brechungsindex, Abbe-Zahl, Durchlässigkeit, Reflexionsvermögen), physikalische Eigenschaften (Härte, Verformung, Blasengehalt, Poisson-Verhältnis) und sogar Temperatureigenschaften (Wärmeausdehnungskoeffizient, Beziehung zwischen Brechungsindex und Temperatur) optischer Materialien beeinflussen alles die optischen Eigenschaften optischer Materialien. Leistung optischer Komponenten und Systeme. In diesem Artikel werden gängige optische Materialien und ihre Eigenschaften kurz vorgestellt.
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 durchlassen kann. Durchdringendes Licht kann seine Ausbreitungsrichtung, Phase und Intensität ändern. Es wird üblicherweise zur Herstellung optischer Komponenten wie Prismen, Linsen, Spiegel, Fenster und Filter in optischen Instrumenten oder Systemen verwendet. Optisches Glas weist eine hohe Transparenz, chemische Stabilität und physikalische Gleichmäßigkeit in Struktur und Leistung auf. 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 bei. Im Idealfall sind die inneren physikalischen und chemischen Eigenschaften von Glas, wie Brechungsindex, Wärmeausdehnungskoeffizient, Härte, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Elastizitätsmodul usw., in allen Richtungen gleich, was als Isotropie bezeichnet wird.
Zu den wichtigsten Herstellern von optischem Glas gehören Schott aus Deutschland, Corning aus den Vereinigten Staaten, Ohara aus Japan und das inländische Chengdu Guangming Glass (CDGM) usw.
Brechungsindex- und Dispersionsdiagramm
Brechungsindexkurven von optischem Glas
Transmissionskurven
02. Optischer Kristall
Optischer Kristall bezieht sich auf das in optischen Medien verwendete Kristallmaterial. Aufgrund der strukturellen Eigenschaften optischer Kristalle können sie in großem Umfang zur Herstellung verschiedener Fenster, Linsen und Prismen für Ultraviolett- und Infrarotanwendungen verwendet werden. Je nach Kristallstruktur kann es in Einkristall und Polykristallin unterteilt werden. Einkristallmaterialien weisen eine hohe Kristallintegrität und Lichtdurchlässigkeit sowie einen geringen Eingangsverlust auf, sodass Einkristalle hauptsächlich in optischen Kristallen verwendet werden.
Im Einzelnen: 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 Calcit (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 Arbeitsmaterial für Festkörperlaser verwendet, z. B. Rubin, Kalziumfluorid, Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granatkristall usw.
Kristallmaterialien werden in natürliche und künstlich gezüchtete Materialien unterteilt. Natürliche Kristalle sind sehr selten, künstlich zu züchten schwierig, in ihrer Größe begrenzt und teuer. Wenn Glasmaterial nicht ausreicht, kann es im Allgemeinen 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 besteht in der Kristallstruktur. Es hat eine feinere Kristallstruktur als Keramik. Es zeichnet sich durch einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine hohe Festigkeit, eine hohe Härte, eine geringe Dichte und eine extrem hohe Stabilität aus. Es wird häufig bei der Bearbeitung von Flachkristallen, Standardmessstäben, großen Spiegeln, Lasergyroskopen usw. verwendet.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient mikrokristalliner optischer Materialien kann 0,0 ± 0,2×10-7/℃ (0~50℃) erreichen.
B. Siliziumkarbid
Siliziumkarbid ist ein Spezialkeramikmaterial, das auch als optisches Material verwendet wird. Siliziumkarbid weist eine gute Steifigkeit, einen niedrigen thermischen Verformungskoeffizienten, eine ausgezeichnete thermische Stabilität und eine erhebliche Gewichtsreduzierung auf. Es gilt als Hauptmaterial für große, leichte Spiegel und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, Hochleistungslasern, Halbleitern und anderen Bereichen eingesetzt.
Diese Kategorien optischer Materialien können auch als optische Medienmaterialien bezeichnet werden. Zu den optischen Materialien zählen neben den Hauptkategorien optischer Medienmaterialien auch optische Fasermaterialien, optische Filmmaterialien, Flüssigkristallmaterialien, Lumineszenzmaterialien usw. Die Entwicklung der optischen Technologie ist untrennbar mit der optischen Materialtechnologie verbunden. Wir freuen uns auf den Fortschritt der optischen Materialtechnologie meines Landes.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 05.01.2024
