常見光學(xué)材料簡介

常見光學(xué)材料簡介透鏡是光學(xué)實驗中的主要元件之一，可采用多種不同的光學(xué)材料制成，用于光束的準(zhǔn)直、聚焦、成像。Newport提供的各種球面和非球面透鏡，主要制作材料有BK7玻璃、紫外級熔融石英（UVFS）、紅外級氟化鈣（CaF2）、氟化鎂（MgF2），以及硒化鋅（ZnSe）。在從可見光到近紅外小于2.Wm的光譜范圍內(nèi)，BK7玻璃具有良好的性能，且價格適中。在紫外區(qū)域一直到195nm，紫外級熔融石英是一種非常好的選擇。在可見光到近紅外2.1Am范圍內(nèi)，熔融石英具有比BK7玻璃更高的透射率，更好的均勻度以及更低的熱膨脹系數(shù)。氟化鈣和氟化鎂則適用于深紫外或紅外應(yīng)用。本文將對這些常見光學(xué)材料的性質(zhì)和應(yīng)用進行介紹，并列出了一些基本的材料參數(shù)，如折射率、透射率、反射率＞Abbe數(shù)、熱膨脹系數(shù)、傳導(dǎo)率、熱容量、密度、Knoop硬度，及楊氏模量。BK7玻BK7是一種常見的硼硅酸鹽冕玻璃，廣泛用作可見光和近紅外區(qū)域的光學(xué)材料。它的高均勻度，低氣泡和雜質(zhì)含量，以及簡單的生產(chǎn)和加工工藝，使它成為制作透射性光學(xué)元件的良好選擇。BK7的硬度也比較高，可以防止劃傷。透射光譜范圍380-2100nm。但是它具有較高的熱膨脹系數(shù)，不適合用在環(huán)境溫度多變的應(yīng)用中。UVGradeFusedSilica(UVFS)紫外級熔融石英紫外級熔融石英是一種合成的無定型熔融石英材料，具有極高的純度。這種非晶的石英玻璃具有很低的熱膨脹系數(shù)，良好的光學(xué)性能，以及高紫外透過率，可以透射直到195nm的紫外光。它的透射性和均勻度均優(yōu)于晶體形態(tài)的石英，且沒有石英晶體的那些取向性和熱不穩(wěn)定性等問題。由于它的高激光損傷閾值，熔融石英常用于高功率激光的應(yīng)用中。它的光譜透射范圍可以達到2.Wm，且具有良好的折射率均勻性和極低的雜質(zhì)含量。常見應(yīng)用包括透射性和折射性的光學(xué)元件，尤其是對激光損傷閾值要求較高的應(yīng)用。CaF2氟化鈣氟化鈣是一種具有簡單立方晶格結(jié)構(gòu)的晶體材料，采用真空Stockbarger技術(shù)生長制備。它在真空紫外波段到紅外波段都具有良好的透射性。這種寬光譜透射特性，加上它沒有雙折射性質(zhì)，使它成為紫外到紅外寬光譜應(yīng)用理想選擇。氟化鈣在0.25-7^內(nèi)的透射率在90%以上，并具有較高的激光損傷閾值，常用于制作準(zhǔn)分子激光的光學(xué)元件。紅外級氟化鈣通常采用自然界中可見的螢石生長而成，成本低廉。但氟化鈣具有較大的熱膨脹系數(shù)，熱穩(wěn)定性很差，要避免使用在高溫環(huán)境中。氟化鈣的折射率比較低，因此通常不需要在表面鍍增透膜。MgF2＜化鎂氟化鎂是一種具有正雙折射性質(zhì)的晶體，可采用Stockbarger技術(shù)生長，同樣在真空紫外波段到紅外波段具有良好的透射。通常在切割時使它的c軸與光軸方向平行，以降低雙折射性質(zhì)。氟化鎂是另一種深紫外到紅外的光學(xué)材料選擇，透射范圍0.15-6.5^。另外，它可用于含氟的環(huán)境中，可用作準(zhǔn)分子激光器的透鏡、窗片、偏振器等。氟化鎂具有良好的熱穩(wěn)定性和硬度，并且具有高激光損傷閾值。它的折射率也比較低，通常不需要鍍增透膜。氟化鎂相比于其他的深紫外到紅外的光學(xué)材料更經(jīng)久耐用。這些性質(zhì)使它成為很多生物學(xué)上和軍事上采用寬帶寬激光脈沖成像的應(yīng)用的理想選擇。CrystalQuartz石英晶體石英是一種單軸正雙折射單晶晶體，可采用水熱法生長。它在真空紫外到近紅外區(qū)域具有良好的透射性。因其雙折射性質(zhì)，石英晶體常用作波片材料。Zerodur?微晶玻璃Zerodur?是一種玻璃陶瓷材料，熱膨脹系數(shù)接近于零，具有極佳的熱穩(wěn)定性。這使得Zerodur?成為制作光學(xué)鏡片襯底的理想選擇。Zerodur?通常含有雜質(zhì)，不適于制作透射性光學(xué)元件。ZnSe硒化鋅硒化鋅可通過化學(xué)氣相沉積方法制備，常用于熱成像和醫(yī)療系統(tǒng)中。硒化鋅作為一種應(yīng)用廣泛的紅外透鏡材料，具有很寬的透射譜域600nm-16Am。它的折射率較高，一般需要在表面鍍增透膜，以減少反射。硒化鋅材料較軟，容易被劃傷，因此不適用于比較粗糙的環(huán)境。在清潔和安裝時也要格外注意。因其高透射率和耐熱性能，硒化鋅成為高功率二氧化碳激光器的光學(xué)元件材料的最佳選擇。光學(xué)材料參數(shù)性質(zhì)

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