Il primo passo in qualsiasi processo di produzione ottica è la selezione dei materiali ottici appropriati. I parametri ottici (indice di rifrazione, numero di Abbe, trasmittanza, riflettività), le proprietà fisiche (durezza, deformazione, contenuto di bolle, coefficiente di Poisson) e persino le caratteristiche di temperatura (coefficiente di dilatazione termica, relazione tra indice di rifrazione e temperatura) dei materiali ottici influenzano le proprietà ottiche dei materiali. Prestazioni di componenti e sistemi ottici. Questo articolo presenterà brevemente i materiali ottici più comuni e le loro proprietà.
I materiali ottici si dividono principalmente in tre categorie: vetro ottico, cristallo ottico e materiali ottici speciali.
01 Vetro ottico
Il vetro ottico è un materiale ottico amorfo (vetroso) in grado di trasmettere la luce. La luce che lo attraversa può modificarne la direzione di propagazione, la fase e l'intensità. Viene comunemente utilizzato per produrre componenti ottici come prismi, lenti, specchi, finestre e filtri in strumenti o sistemi ottici. Il vetro ottico presenta elevata trasparenza, stabilità chimica e uniformità fisica nella struttura e nelle prestazioni. Presenta costanti ottiche specifiche e precise. Allo stato solido a bassa temperatura, il vetro ottico mantiene la struttura amorfa dello stato liquido ad alta temperatura. Idealmente, le proprietà fisiche e chimiche interne del vetro, come l'indice di rifrazione, il coefficiente di dilatazione termica, la durezza, la conduttività termica, la conduttività elettrica, il modulo elastico, ecc., sono le stesse in tutte le direzioni, il che è chiamato isotropia.
I principali produttori di vetro ottico includono la tedesca Schott, la statunitense Corning, la giapponese Ohara e la nazionale Chengdu Guangming Glass (CDGM), ecc.
Indice di rifrazione e diagramma di dispersione
curve dell'indice di rifrazione del vetro ottico
Curve di trasmittanza
02. Cristallo ottico
Il termine cristallo ottico si riferisce al materiale cristallino utilizzato nei supporti ottici. Grazie alle caratteristiche strutturali dei cristalli ottici, questi possono essere ampiamente utilizzati per realizzare diverse finestre, lenti e prismi per applicazioni ultraviolette e infrarosse. In base alla struttura cristallina, possono essere suddivisi in monocristallini e policristallini. I materiali monocristallini presentano un'elevata integrità cristallina e trasmittanza luminosa, nonché basse perdite di ingresso, motivo per cui i monocristalli vengono utilizzati principalmente nei cristalli ottici.
Nello specifico: i materiali cristallini UV e infrarossi più comuni includono: quarzo (SiO2), fluoruro di calcio (CaF2), fluoruro di litio (LiF), salgemma (NaCl), silicio (Si), germanio (Ge), ecc.
Cristalli polarizzanti: i cristalli polarizzanti comunemente utilizzati includono calcite (CaCO3), quarzo (SiO2), nitrato di sodio (nitrato), ecc.
Cristallo acromatico: le speciali caratteristiche di dispersione del cristallo vengono utilizzate per produrre lenti acromatiche. Ad esempio, il fluoruro di calcio (CaF₂) viene combinato con il vetro per formare un sistema acromatico, in grado di eliminare l'aberrazione sferica e lo spettro secondario.
Cristallo laser: utilizzato come materiale di lavoro per laser a stato solido, come rubino, fluoruro di calcio, cristallo di granato di ittrio e alluminio drogato con neodimio, ecc.
I materiali cristallini si dividono in naturali e artificiali. I cristalli naturali sono molto rari, difficili da coltivare artificialmente, di dimensioni limitate e costosi. Generalmente utilizzati quando il vetro non è sufficiente, possono operare nella banda della luce non visibile e sono utilizzati nell'industria dei semiconduttori e dei laser.
03 Materiali ottici speciali
a. Vetroceramica
La vetroceramica è uno speciale materiale ottico che non è né vetro né cristallo, ma una via di mezzo. La principale differenza tra la vetroceramica e il vetro ottico comune è la presenza di una struttura cristallina. Ha una struttura cristallina più fine rispetto alla ceramica. Presenta le caratteristiche di basso coefficiente di dilatazione termica, elevata resistenza, elevata durezza, bassa densità e stabilità estremamente elevata. È ampiamente utilizzato nella lavorazione di cristalli piatti, aste metriche standard, specchi di grandi dimensioni, giroscopi laser, ecc.
Il coefficiente di espansione termica dei materiali ottici microcristallini può raggiungere 0,0±0,2×10-7/℃ (0~50℃)
b. Carburo di silicio
Il carburo di silicio è un materiale ceramico speciale utilizzato anche come materiale ottico. Il carburo di silicio presenta una buona rigidità, un basso coefficiente di deformazione termica, un'eccellente stabilità termica e una significativa riduzione del peso. È considerato il materiale principale per specchi leggeri di grandi dimensioni ed è ampiamente utilizzato in ambito aerospaziale, nei laser ad alta potenza, nei semiconduttori e in altri settori.
Queste categorie di materiali ottici possono anche essere chiamate materiali per supporti ottici. Oltre alle principali categorie di materiali per supporti ottici, appartengono ai materiali ottici anche i materiali in fibra ottica, i materiali in pellicola ottica, i materiali a cristalli liquidi, i materiali luminescenti, ecc. Lo sviluppo della tecnologia ottica è indissolubilmente legato alla tecnologia dei materiali ottici. Attendiamo con ansia i progressi della tecnologia dei materiali ottici nel mio Paese.
Data di pubblicazione: 05-01-2024
