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光学用晶体材料

发布时间:2015-05-08

  晶体材料与玻璃材料相比具有某些非常优越的光学特性。

  另一方面,晶体具有容易潮解或双折射特性等,不适于作为光学元件的性质。

  综合利用这些特性,可以选择有用的晶体材料作为光学元件使用。

  光学窗口材料

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  晶体材料的折射率比较表(参考数据)

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Comparison Chart of Refractive Index of Crystal Materials (Reference Data)

http://www.global-optosigma.com/cn/category/download/C274.xls

  氟化钙 CaF2

  天然的氟化钙矿石被称为萤石,在个别情况下照射紫外线时会产生荧光。

  人工制造的氟化钙材料多用于高级照相机镜头或分光器的分光镜。

  光学特性从真空紫外到红外的宽带内透过率较高,比普通光学玻璃的折射率和色散小,利用其色散曲线的不同(异常部分分散)设计消色差透镜时,具有很大的优势。由于晶体构造为各向同性,所以不会产生双折射。

  化学性质比较稳定,潮解性比较低,比氟化锂或氟化镁更被普遍使用。宝石 AI2O3

  是硬度仅次于钻石的矿石,也是很难受损伤的晶体。从很久以前就经常被用于手表的窗口玻璃或齿轮的轴或轴承。虽然有宝石玻璃这样的称呼,但是结构并不是玻璃材料而是晶体结构。

  由于化学性非常稳定,有时也作为玻璃的替代品使用。人工制造的宝石是无色透明的,可以透过从紫外到红外的宽带。由于是单轴晶体,根据晶体的朝向会产生双折射。绝缘性良好,具有相对较高的导热性。

  可以作为超短脉冲激光的激励介质的钛宝石(Ti:sapphire)晶体或是紫外LED的晶体基板使用。硒化锌 ZnSe

  是琥珀色的晶体,在长波长区域可以透过直到20µm的红外线。但是,不能透过可见光区域的蓝·绿光。

  经常被用于CO2激光的透镜材料。在使用红色的激光作为CO2激光的导光时,硒化锌可以同时透过这种导光和CO2激光。在法律上被划定为烈性毒物,部分产品需要提交烈性毒物转让证。而且,使用后的ZnSe光学元件被禁止作为普通垃圾扔掉。不要的硒化锌产品必须返回销售公司。

  具有在水中是不溶解的性质,但与酸反应会产生有毒的硒化氢。由于折射率较高,因表面反射的透过损失很大,通过蒸镀防反射膜,可以得到99%以上的透过率。硅 Si

  做为半导体的单晶体硅,看上去有金属光泽但不能透过可见光线,其透过波长为2〜6µm红外线。也可以作为红外检验器的滤光片使用。

  此外,由于导热性能良好,有时也可以作为高输出CO2激光的金膜反射镜的基板使用。

  锗 Ge

  看上去有金属光泽但不能透过可见光线,但是可以透过2〜20µm的宽谱区红外线。可作为热成像照相机的透镜材料使用。

  由于折射率较高为4,在无防反射膜的情况下使用时,由于表面反射透过损失将会很大,透过率在50%以下。

  注意

  红外透过材料除透过,反射之外,有时需要考虑因温度变化引起的辐射光谱的影响。

  观测波长为10µm以上的红外线时,或在30℃以上的环境中使用光学系统时,所有的物质都放射红外的辐射线,因此有时可能导致不能正确观测被检测物体的红外光谱。

  双折射材料

  观测波长为10µm以上的红外线时,或在30℃以上的环境中使用光学系统时,所有的物质都放射红外的辐射线,因此有时可能导致不能正确观测被检测物体的红外光谱。

  水晶 SiO2

  没有不纯物质的石英晶体,是单轴晶体(三方晶)具有少许的双折射特性。

  作为水晶振荡器或CCD摄像元件的低通滤光片,其人工晶体被大量生产。

  利用寻常光(no)和非常光(ne)的少许折射率差异可以制造波长板。

波长 [nm]

折射率

寻常光

非常光

404.7

1.5572

1.5667

546.1

1.5462

1.5553

589.3

1.5443

1.5534

656.3

1.5419

1.5509

透过波长谱区 [µm]

0.2 2

密度 [g/cm3]

2.65

导热系数 [Wm-1K-1] (70℃)

9.3/5.4

膨胀系数 [×10−6/℃] (20℃)

6.8/12.2

 

  也被称为碳酸钙矿石(calcite),是常见的天然形成的无色透明的矿石。  理科年表方解石 CaCO3

  是单轴(三方晶)晶体,具有很大的双折射特性。

  利用寻常光(no)和非常光(ne)的折射率差,可以制作消光比性能较高的格兰汤普森偏光镜。

  由于很柔软,是很容易受损伤的晶体。

  * 由于是天然矿石,透光率的特性存在个体差异。

  理科年表

波长 [nm]

折射率

寻常光

非常光

404.7

1.6813

1.4969

546.1

1.6616

1.4879

589.3

1.6584

1.4864

656.3

1.6544

1.4846

透过波长谱区 [µm]

0.35 〜 2.3*

密度 [g/cm3]

2.71

导热系数 [W・m−1K−1] (0℃)

5.39/4.51

膨胀系数 [×10−6/℃] (0 〜 80℃)

26.3/5.44

 

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