מבוא לחומרים אופטיים נפוצים

השלב הראשון בכל תהליך ייצור אופטי הוא בחירת חומרים אופטיים מתאימים. פרמטרים אופטיים (מקדם שבירה, מספר אבה, העברה, רפלקטיביות), תכונות פיזיקליות (קשיות, דפורמציה, תכולת בועות, יחס פואסון), ואפילו מאפייני טמפרטורה (מקדם התפשטות תרמית, הקשר בין מקדם שבירה לטמפרטורה) של חומרים אופטיים - כל אלה ישפיעו על התכונות האופטיות של חומרים אופטיים. ביצועי רכיבים ומערכות אופטיות. מאמר זה יציג בקצרה חומרים אופטיים נפוצים ותכונותיהם.
חומרים אופטיים מחולקים בעיקר לשלוש קטגוריות: זכוכית אופטית, גביש אופטי וחומרים אופטיים מיוחדים.

01 זכוכית אופטית
זכוכית אופטית היא חומר אופטי אמורפי (זכוכיתי) שיכול להעביר אור. אור העובר דרכה יכול לשנות את כיוון ההתפשטות שלו, את הפאזה ואת עוצמתו. היא משמשת בדרך כלל לייצור רכיבים אופטיים כגון מנסרות, עדשות, מראות, חלונות ומסננים במכשירים או מערכות אופטיות. לזכוכית אופטית שקיפות גבוהה, יציבות כימית ואחידות פיזיקלית במבנה ובביצועים. יש לה קבועים אופטיים ספציפיים ומדויקים. במצב מוצק בטמפרטורה נמוכה, זכוכית אופטית שומרת על המבנה האמורפי של מצב נוזלי בטמפרטורה גבוהה. באופן אידיאלי, התכונות הפיזיקליות והכימיות הפנימיות של זכוכית, כגון מקדם שבירה, מקדם התפשטות תרמית, קשיות, מוליכות תרמית, מוליכות חשמלית, מודול אלסטיות וכו', זהות בכל הכיוונים, מה שנקרא איזוטרופיה.
היצרנים העיקריים של זכוכית אופטית כוללים את שוט הגרמנית, קורנינג מארצות הברית, אוהרה מיפן וחברת Chengdu Guangming Glass (CDGM) המקומית ועוד.

מקדם שבירה ודיאגרמת פיזור

עקומות מקדם השבירה של זכוכית אופטית

עקומות העברה

02. גביש אופטי

גביש אופטי מתייחס לחומר הגביש המשמש במדיה אופטית. בשל המאפיינים המבניים של גבישים אופטיים, ניתן להשתמש בו באופן נרחב לייצור חלונות, עדשות ומנסרות שונים עבור יישומים אולטרה סגולים ואינפרא אדום. על פי מבנה הגביש, ניתן לחלק אותו לגביש יחיד ופוליקריסטלי. לחומרי גביש יחיד יש שלמות גבישית גבוהה והעברת אור, כמו גם אובדן קלט נמוך, ולכן גבישים יחידים משמשים בעיקר בגבישים אופטיים.
באופן ספציפי: חומרי גביש נפוצים המבוססים על קרינת UV ואינפרא אדום כוללים: קוורץ (SiO2), סידן פלואוריד (CaF2), ליתיום פלואוריד (LiF), מלח סלעים (NaCl), סיליקון (Si), גרמניום (Ge) וכו'.
גבישים מקוטבים: גבישים מקוטבים נפוצים כוללים קלציט (CaCO3), קוורץ (SiO2), נתרן חנקתי (ניטרט) וכו'.
גביש אכרומטי: מאפייני הפיזור המיוחדים של הגביש משמשים לייצור עדשות אובייקטיביות אכרומטיות. לדוגמה, סידן פלואוריד (CaF2) משולב עם זכוכית ליצירת מערכת אכרומטית, שיכולה לבטל סטייה כדורית וספקטרום משני.
גביש לייזר: משמש כחומרי עבודה עבור לייזרים במצב מוצק, כגון אודם, סידן פלואוריד, גביש גארנט אלומיניום איטריום מסומם בניאודימיום וכו'.

חומרי גביש מחולקים לטבעיים ולחומרים שגדלו באופן מלאכותי. גבישים טבעיים הם נדירים מאוד, קשים לגידול מלאכותי, מוגבלים בגודלם ויקרים. בדרך כלל, כאשר חומר זכוכית אינו מספיק, הוא נחשב כבעל יכולת לעבוד בפס האור הלא נראה ומשמש בתעשיות המוליכים למחצה והלייזר.

03 חומרים אופטיים מיוחדים

א. זכוכית-קרמית
זכוכית-קרמית היא חומר אופטי מיוחד שאינו זכוכית או קריסטל, אלא איפשהו באמצע. ההבדל העיקרי בין זכוכית-קרמית לזכוכית אופטית רגילה הוא נוכחותה של מבנה גבישי. יש לה מבנה גבישי עדין יותר מאשר קרמיקה. יש לה מאפיינים של מקדם התפשטות תרמית נמוך, חוזק גבוה, קשיות גבוהה, צפיפות נמוכה ויציבות גבוהה במיוחד. היא נמצאת בשימוש נרחב בעיבוד גבישים שטוחים, מקלות מדידה סטנדרטיים, מראות גדולות, גירוסקופים לייזר וכו'.

מקדם ההתפשטות התרמית של חומרים אופטיים מיקרו-קריסטליים יכול להגיע ל-0.0±0.2×10-7/℃ (0~50℃)

ב. סיליקון קרביד

סיליקון קרביד הוא חומר קרמי מיוחד המשמש גם כחומר אופטי. לסיליקון קרביד קשיחות טובה, מקדם עיוות תרמי נמוך, יציבות תרמית מצוינת ואפקט הפחתת משקל משמעותי. הוא נחשב לחומר העיקרי למראות קלות משקל גדולות ונמצא בשימוש נרחב בתחום התעופה והחלל, לייזרים בעלי הספק גבוה, מוליכים למחצה ותחומים אחרים.

קטגוריות אלו של חומרים אופטיים יכולות להיקרא גם חומרי מדיה אופטיים. בנוסף לקטגוריות העיקריות של חומרי מדיה אופטיים, חומרי סיבים אופטיים, חומרי סרט אופטי, חומרי גביש נוזלי, חומרים זוהרים וכו', כולם שייכים לחומרים אופטיים. פיתוח הטכנולוגיה האופטית הוא בלתי נפרד מטכנולוגיית חומרים אופטיים. אנו מצפים להתקדמות טכנולוגיית החומרים האופטיים של ארצי.