O primeiro paso en calquera proceso de fabricación óptica é a selección dos materiais ópticos axeitados. Os parámetros ópticos (índice de refracción, número de Abbe, transmitancia, reflectividade), as propiedades físicas (dureza, deformación, contido de burbullas, relación de Poisson) e mesmo as características da temperatura (coeficiente de expansión térmica, relación entre o índice de refracción e a temperatura) dos materiais ópticos afectarán as propiedades ópticas dos materiais ópticos. Rendemento dos compoñentes e sistemas ópticos. Este artigo presentará brevemente os materiais ópticos comúns e as súas propiedades.
Os materiais ópticos divídense principalmente en tres categorías: vidro óptico, cristal óptico e materiais ópticos especiais.
01 Vidro óptico
O vidro óptico é un material medio óptico amorfo (vítreo) que pode transmitir a luz. A luz que pasa a través del pode cambiar a súa dirección de propagación, fase e intensidade. Úsase habitualmente para producir compoñentes ópticos como prismas, lentes, espellos, fiestras e filtros en instrumentos ou sistemas ópticos. O vidro óptico ten alta transparencia, estabilidade química e uniformidade física en canto a estrutura e rendemento. Ten constantes ópticas específicas e precisas. No estado sólido a baixa temperatura, o vidro óptico conserva a estrutura amorfa do estado líquido a alta temperatura. Idealmente, as propiedades físicas e químicas internas do vidro, como o índice de refracción, o coeficiente de expansión térmica, a dureza, a condutividade térmica, a condutividade eléctrica, o módulo elástico, etc., son as mesmas en todas as direccións, o que se denomina isotropía.
Os principais fabricantes de vidro óptico inclúen Schott de Alemaña, Corning dos Estados Unidos, Ohara do Xapón e o vidro nacional Chengdu Guangming Glass (CDGM), etc.
Diagrama de índice de refracción e dispersión
curvas de índice de refracción do vidro óptico
Curvas de transmitancia
02. Cristal óptico
O cristal óptico refírese ao material cristalino empregado en medios ópticos. Debido ás características estruturais dos cristais ópticos, pódese empregar amplamente para fabricar diversas fiestras, lentes e prismas para aplicacións ultravioleta e infravermella. Segundo a estrutura cristalina, pódese dividir en monocristalino e policristalino. Os materiais monocristalinos teñen unha alta integridade cristalina e transmitancia de luz, así como unha baixa perda de entrada, polo que os monocristais úsanse principalmente en cristais ópticos.
Especificamente: os materiais cristalinos comúns para radiación UV e infravermella inclúen: cuarzo (SiO2), fluoruro de calcio (CaF2), fluoruro de litio (LiF), sal de rocha (NaCl), silicio (Si), xermanio (Ge), etc.
Cristais polarizadores: Entre os cristais polarizadores que se usan habitualmente están a calcita (CaCO3), o cuarzo (SiO2), o nitrato (nitrato) de sodio, etc.
Cristal acromático: As características especiais de dispersión do cristal utilízanse para fabricar lentes obxectivas acromáticas. Por exemplo, o fluoruro de calcio (CaF2) combínase co vidro para formar un sistema acromático, que pode eliminar a aberración esférica e o espectro secundario.
Cristal láser: úsase como material de traballo para láseres de estado sólido, como rubí, fluoruro de calcio, cristal de granate de itrio e aluminio dopado con neodimio, etc.
Os materiais cristalinos divídense en naturais e cultivados artificialmente. Os cristais naturais son moi raros, difíciles de cultivar artificialmente, de tamaño limitado e custosos. Xeralmente considérase que, cando o material de vidro é insuficiente, pode funcionar na banda de luz non visible e utilízase nas industrias de semicondutores e láseres.
03 Materiais ópticos especiais
a. Vitrocerámica
A vitrocerámica é un material óptico especial que non é nin vidro nin cristal, senón algo intermedio. A principal diferenza entre a vitrocerámica e o vidro óptico ordinario é a presenza dunha estrutura cristalina. Ten unha estrutura cristalina máis fina que a cerámica. Ten as características de baixo coeficiente de expansión térmica, alta resistencia, alta dureza, baixa densidade e estabilidade extremadamente alta. Úsase amplamente no procesamento de cristais planos, varas de medición estándar, espellos grandes, xiroscopios láser, etc.
O coeficiente de expansión térmica dos materiais ópticos microcristalinos pode alcanzar 0,0 ± 0,2 × 10-7 / ℃ (0 ~ 50 ℃)
b. Carburo de silicio
O carburo de silicio é un material cerámico especial que tamén se emprega como material óptico. Ten boa rixidez, baixo coeficiente de deformación térmica, excelente estabilidade térmica e un efecto significativo de redución de peso. Considérase o material principal para espellos lixeiros de gran tamaño e úsase amplamente na industria aeroespacial, láseres de alta potencia, semicondutores e outros campos.
Estas categorías de materiais ópticos tamén se poden denominar materiais para soportes ópticos. Ademais das principais categorías de materiais para soportes ópticos, os materiais de fibra óptica, os materiais de película óptica, os materiais de cristal líquido, os materiais luminescentes, etc. pertencen todos a este grupo. O desenvolvemento da tecnoloxía óptica é inseparable da tecnoloxía dos materiais ópticos. Agardamos con interese o progreso da tecnoloxía dos materiais ópticos do meu país.
Data de publicación: 05-01-2024
