El primer paso en cualquier proceso de fabricación óptica es la selección de los materiales ópticos adecuados. Los parámetros ópticos (índice de refracción, número de Abbe, transmitancia, reflectividad), las propiedades físicas (dureza, deformación, contenido de burbujas, coeficiente de Poisson) e incluso las características de temperatura (coeficiente de expansión térmica, relación entre el índice de refracción y la temperatura) de los materiales ópticos afectan sus propiedades. Rendimiento de los 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 amorfo (vítreo) capaz de transmitir luz. La luz que lo atraviesa puede cambiar su dirección de propagación, fase e intensidad. Se utiliza comúnmente para fabricar componentes ópticos como prismas, lentes, espejos, ventanas y filtros en instrumentos o sistemas ópticos. El vidrio óptico posee alta transparencia, estabilidad química y uniformidad física en su estructura y rendimiento. Posee 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 el índice de refracción, el coeficiente de expansión térmica, la dureza, la conductividad térmica, la conductividad eléctrica, el módulo elástico, etc., son las mismas en todas las direcciones, lo que se denomina isotropía.
Los principales fabricantes de vidrio óptico incluyen a Schott de Alemania, Corning de los Estados Unidos, Ohara de Japón y la empresa nacional Chengdu Guangming Glass (CDGM), etc.
Diagrama de índice de refracción y 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 medios ópticos. Gracias a sus características estructurales, se utiliza ampliamente en la fabricación de diversas ventanas, lentes y prismas para aplicaciones ultravioleta e infrarrojas. Según su estructura cristalina, se divide en monocristalino y policristalino. Los monocristalinos presentan una alta integridad cristalina y transmitancia de luz, así como una baja pérdida de entrada, por lo que se utilizan principalmente en cristales ópticos.
Específicamente: Los materiales de cristal UV e infrarrojos comunes incluyen: cuarzo (SiO2), fluoruro de calcio (CaF2), fluoruro de litio (LiF), sal de roca (NaCl), silicio (Si), germanio (Ge), etc.
Cristales polarizadores: Los cristales polarizadores comúnmente utilizados 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 elimina la aberración esférica y el espectro secundario.
Cristal láser: se utiliza como material de trabajo para láseres de estado sólido, como el rubí, el fluoruro de calcio, el cristal de granate de itrio y aluminio dopado con neodimio, etc.
Los materiales cristalinos se dividen en naturales y artificiales. Los cristales naturales son muy escasos, difíciles de cultivar artificialmente, de tamaño limitado y costosos. Generalmente, se consideran cuando el 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 la vitrocerámica y el vidrio óptico común reside en la presencia de una estructura cristalina. Presenta una estructura cristalina más fina que la cerámica. Se caracteriza por un bajo coeficiente de expansión térmica, alta resistencia, alta dureza, baja densidad y una estabilidad extremadamente alta. Se utiliza ampliamente en el procesamiento de cristales planos, reglas métricas estándar, espejos de gran tamaño, 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 especializado que también se utiliza como material óptico. Presenta 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 ligeros de gran tamaño y se utiliza ampliamente en la industria aeroespacial, láseres de alta potencia, semiconductores y otros campos.
Estas categorías de materiales ópticos también se denominan materiales de medios ópticos. Además de las categorías principales de materiales de medios ópticos, los materiales de fibra óptica, los materiales de película óptica, 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
