El primer paso en cualquier proceso de fabricación óptica es la selección de los materiales ópticos adecuados. Parámetros ópticos (índice de refracción, número de Abbe, transmitancia, reflectividad), propiedades físicas (dureza, deformación, contenido de burbujas, índice de Poisson) e incluso características de temperatura (coeficiente de expansión térmica, relación entre índice de refracción y temperatura) de los materiales ópticos. Todos afectarán las propiedades ópticas de los materiales ópticos. Rendimiento de componentes y sistemas ópticos. Este artículo presentará brevemente los materiales ópticos comunes y sus propiedades.
Los materiales ópticos se dividen principalmente en tres categorías: vidrio óptico, cristal óptico y materiales ópticos especiales.
01 vidrio óptico
El vidrio óptico es un material medio óptico amorfo (vítreo) que puede transmitir luz. La luz que lo atraviesa puede cambiar su dirección, fase e intensidad de propagación. Se utiliza comúnmente para producir componentes ópticos como prismas, lentes, espejos, ventanas y filtros en instrumentos o sistemas ópticos. El vidrio óptico tiene alta transparencia, estabilidad química y uniformidad física en estructura y rendimiento. Tiene constantes ópticas específicas y precisas. En estado sólido a baja temperatura, el vidrio óptico conserva la estructura amorfa del estado líquido a alta temperatura. Idealmente, las propiedades físicas y químicas internas del vidrio, como índice de refracción, coeficiente de expansión térmica, dureza, conductividad térmica, conductividad eléctrica, módulo de elasticidad, etc., son las mismas en todas las direcciones, lo que se denomina isotropía.
Los principales fabricantes de vidrio óptico incluyen Schott de Alemania, Corning de Estados Unidos, Ohara de Japón y el Chengdu Guangming Glass (CDGM) nacional, etc.
Índice de refracción y diagrama de dispersión.
curvas del índice de refracción del vidrio óptico
Curvas de transmitancia
02. Cristal óptico
El cristal óptico se refiere al material cristalino utilizado en los medios ópticos. Debido a las características estructurales de los cristales ópticos, se pueden utilizar ampliamente para fabricar diversas ventanas, lentes y prismas para aplicaciones ultravioleta e infrarroja. Según su estructura cristalina se puede dividir en monocristalino y policristalino. Los materiales monocristalinos tienen una alta integridad cristalina y transmitancia de luz, así como una baja pérdida de entrada, por lo que los monocristales se utilizan principalmente en cristales ópticos.
Específicamente: Los materiales de cristal ultravioleta e infrarrojo comunes incluyen: cuarzo (SiO2), fluoruro de calcio (CaF2), fluoruro de litio (LiF), sal gema (NaCl), silicio (Si), germanio (Ge), etc.
Cristales polarizantes: Los cristales polarizadores de uso común incluyen calcita (CaCO3), cuarzo (SiO2), nitrato de sodio (nitrato), etc.
Cristal acromático: Las características especiales de dispersión del cristal se utilizan para fabricar lentes objetivos acromáticos. Por ejemplo, el fluoruro de calcio (CaF2) se combina con vidrio para formar un sistema acromático, que puede eliminar la aberración esférica y el espectro secundario.
Cristal láser: se utiliza como material de trabajo para láseres de estado sólido, como rubí, fluoruro de calcio, cristal de granate de itrio y aluminio dopado con neodimio, etc.
Los materiales cristalinos se dividen en naturales y cultivados artificialmente. Los cristales naturales son muy raros, difíciles de cultivar artificialmente, de tamaño limitado y costosos. Generalmente considerado cuando el material de vidrio es insuficiente, puede funcionar en la banda de luz no visible y se utiliza en las industrias de semiconductores y láser.
03 Materiales ópticos especiales
a. vitrocerámica
La vitrocerámica es un material óptico especial que no es ni vidrio ni cristal, sino algo intermedio. La principal diferencia entre el vidrio óptico vitrocerámico y el ordinario es la presencia de una estructura cristalina. Tiene una estructura cristalina más fina que la cerámica. Tiene las características de bajo coeficiente de expansión térmica, alta resistencia, alta dureza, baja densidad y estabilidad extremadamente alta. Es ampliamente utilizado en el procesamiento de cristales planos, reglas métricas estándar, espejos grandes, giroscopios láser, etc.
El coeficiente de expansión térmica de los materiales ópticos microcristalinos puede alcanzar 0,0±0,2×10-7/℃ (0~50℃)
b. Carburo de Silicio
El carburo de silicio es un material cerámico especial que también se utiliza como material óptico. El carburo de silicio tiene buena rigidez, bajo coeficiente de deformación térmica, excelente estabilidad térmica y un importante efecto de reducción de peso. Se considera el material principal para espejos livianos de gran tamaño y se usa ampliamente en la industria aeroespacial, láseres de alta potencia, semiconductores y otros campos.
Estas categorías de materiales ópticos también pueden denominarse materiales de medios ópticos. Además de las principales categorías de materiales de medios ópticos, los materiales de fibra óptica, los materiales de películas ópticas, los materiales de cristal líquido, los materiales luminiscentes, etc. pertenecen a los materiales ópticos. El desarrollo de la tecnología óptica es inseparable de la tecnología de materiales ópticos. Esperamos con interés el progreso de la tecnología de materiales ópticos de mi país.
Hora de publicación: 05-ene-2024
