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      新聞資訊

      光學材料有哪些種類

      2019-07-04

      光學材料

      任何光學系統都是由折射元件和反射元件組成的?,F代光學系統所要工作的波段范圍很寬,因而要求折射材料能對所工作的波段透明,反射元件要能對所工作的波段有高的反射率。


      一、透明光學材料(透射材料)

      投射材料的光學特性主要由對各種色光的透過率和折射率決定。大部分光學零件是由光學玻璃制成的。一般光學玻璃能通過波長為0.35~2.5um的各種色光,超過這個范圍的色光將被光學玻璃強烈地吸收。特殊熔煉的光學玻璃可以透過特定的波段。光學元件制造商經常在樣本中給出所使用的標準光學材料數據。


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      在透射材料中,各種光學晶體的應用日益廣泛。光學晶體的使用能使光學系統工作在比一般光學玻璃更寬的波段范圍。此外,光學塑料已能應用于光學系統中,如菲涅爾透鏡、自由光學曲面元件、簡易照相物鏡、放大鏡等。這類鏡頭多用模壓或鑄塑而成,成本較低,生產效率高,由于熱膨脹系數比光學玻璃大,所以還不能用于技術要求高的光學系統中。

      光的折射率n,以及F光和C光的折射率n為主要折射特性。這是因為F光和C光接近人眼靈敏光譜區的兩端;而D光或d光在它們中間,比較接近于人眼最靈敏的譜線,實際上e光更接近這個波長。



      密度、熱膨脹系數、化學穩定性等。此外,對光學均勻性、應力消除程度、玻璃中的氣泡度、雜質、條紋等都有一定的標準和規定。

      為了設計質量高的光學系統,需要很多種類的光學玻璃。光學玻璃大體上可以分為兩大類冕牌玻璃及火石玻璃。每一大類又分為許多種類,如輕冕、冕、磷冕、鋇冕、重冕、鑭冕、冕火石、輕火石、火石、鋇火石、重鋇火石、重火石、鑭火石、特種火石等。每一個種類的玻璃又分為許多種牌號。


      2、玻璃的選擇

      光學設計中重要的一步是核對每種玻璃的參數,包括可用性、價格、投射特性、熱特性、污染性等,要確保最優化選擇玻璃。



      (1)可用性

      玻璃分成三類:首先玻璃、標準玻璃和查詢玻璃。首先玻璃主要指玻璃存貨,標準玻璃指玻璃公司目錄中所列出的玻璃品種,查詢玻璃值可以訂貨得到的玻璃品種。


      (2)投射性

      大多數光學玻璃可以良好投射可見光和近紅外區的光。但是,在近紫外區,大部分玻璃都或多或少地吸收光。如果光學系統必須投射紫外光,最常用的材料是熔融二氧化硅和熔融石英。某些重火石光學玻璃,在深藍波長區有低的投射比,具有微黃的外觀。


      (3)雙折射特性

      一般光學玻璃是各向同性的,由于機械和熱應力會使之變成各向異性。這意味著光的s和p偏振分量有不同的折射率。高折射率的堿性硅酸鉛玻璃在小的應力作用下顯示較大的雙折射。硼硅酸鹽玻璃對應力雙折射不是非常靈敏。如果光學系統傳輸偏振光,必須在整個系統或部分系統中保持偏振狀態,則材料的選擇是很重要的。例如,在系統附近有熱源的較大棱鏡,棱鏡內可能存在一個溫度梯度,它將引入應力雙折射,偏振軸將在棱鏡內旋轉。棱鏡材料的較好選擇應該是重火石玻璃,而不是冕牌玻璃。



      (4)化學穩定性

      玻璃給出抵抗環境和化學影響的特性包括:玻璃的抗氣候性,主要是抵抗空氣中水蒸氣影響的耐性;抗污染性,是對非氣化弱酸性水影響的抵抗性;當玻璃接觸酸性水質時的抗酸性;抗堿性。


      (5)熱特性

      光學玻璃具有正的熱膨脹系數,這就是說玻璃隨溫度升高而膨脹。光學玻璃的熱脹冷縮性質應與鏡頭結構件的熱脹冷縮性質盡量相一致;光學系統可能必須被無熱化,即在溫度變化導致透鏡形狀和折射率變化時保持系統的光學特性不變;溫度變化可能在光學玻璃中產生溫度梯度,也能考慮鏡筒和透鏡間隔圈的膨脹及玻璃材料折射率的變化。


      三、塑料光學材料

      塑料光學元件與玻璃材料相比,具有較低的質量、較高的抗沖擊性,并能提供更多種形狀。外形適應性是塑料光學的優點之一。非球面透鏡和其他復雜的形狀都可以被塑造。

      塑料的主要缺點是較低的耐熱性。塑料的融化溫度比玻璃低,表面耐磨性和抗化學性較差。鍍膜的附著性低,因為其融化溫度低,薄膜的沉積溫度受到限制;塑料透鏡上膜層的耐用性也低或壽命短。塑料鍍膜可使用離子輔助沉積提供較堅固而耐用的薄膜。


      光學塑料材料品種的選擇自由度有限,一個重要的限制是熱膨脹系數高和折射率溫度變化的依賴性強。塑料材料的折射率隨溫度的升高而減小,變化量大約比玻璃高50倍。塑料的熱膨脹系數大約比玻璃高10倍。高質量的光學系統可以用玻璃和塑料透鏡的組合來實現設計。

      塑料光學元件可以被注塑成型、壓塑成型,或者用澆注放入塑料塊制造。幾種最常用的塑料材料是聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、烯丙基二甘醇碳酸酯和環烯共聚物等。


      四、反射光學材料

      反射光學零件一般是在拋光玻璃表面鍍以金屬的反射層。反射面不存在色散現象,對于任何色光,其反射角均等于入射角。反射光學材料的唯一特性是反射率。反射面多為用金屬材料鍍制,不同的金屬反射面,有不同的反射特性,即隨入射光波長的不同而有不同的反射率。圖4.52給出了幾種金屬材料的反射特性曲線,可以看出不同波段的色光應選取不同的金屬材料來鍍制反射膜層。




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