การแนะนำวัสดุออปติกทั่วไป

ขั้นตอนแรกในกระบวนการผลิตเลนส์คือการเลือกวัสดุเลนส์ที่เหมาะสม พารามิเตอร์ทางแสง (ดัชนีการหักเหของแสง หมายเลข Abbe การส่งผ่าน การสะท้อนแสง) คุณสมบัติทางกายภาพ (ความแข็ง การเสียรูป ปริมาณฟองอากาศ อัตราส่วนปัวซอง) และลักษณะเฉพาะของอุณหภูมิ (สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน ความสัมพันธ์ระหว่างดัชนีการหักเหของแสงและอุณหภูมิ) ของวัสดุเชิงแสง ทั้งหมดจะส่งผลต่อ คุณสมบัติทางแสงของวัสดุทางแสง ประสิทธิภาพของส่วนประกอบและระบบออปติก บทความนี้จะแนะนำวัสดุเชิงแสงทั่วไปและคุณสมบัติของวัสดุเหล่านี้โดยย่อ
วัสดุเชิงแสงส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามประเภท: แก้วแสง คริสตัลแสง และวัสดุแสงพิเศษ

01 แก้วแสง
แก้วแสงเป็นวัสดุตัวกลางแสงที่ไม่มีรูปร่าง (คล้ายแก้ว) ที่สามารถส่งผ่านแสงได้ แสงที่ส่องผ่านสามารถเปลี่ยนทิศทาง ระยะ และความเข้มของการแพร่กระจายได้ โดยทั่วไปจะใช้ในการผลิตส่วนประกอบทางแสง เช่น ปริซึม เลนส์ กระจก หน้าต่าง และตัวกรองในอุปกรณ์หรือระบบทางแสง แก้วแสงมีความโปร่งใสสูง มีเสถียรภาพทางเคมี และความสม่ำเสมอทางกายภาพในโครงสร้างและประสิทธิภาพ มีค่าคงที่ทางแสงเฉพาะและแม่นยำ ในสถานะของแข็งอุณหภูมิต่ำ แก้วแสงจะคงโครงสร้างอสัณฐานของสถานะของเหลวอุณหภูมิสูงไว้ ตามหลักการแล้ว คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีภายในของแก้ว เช่น ดัชนีการหักเหของแสง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน ความแข็ง การนำความร้อน การนำไฟฟ้า โมดูลัสยืดหยุ่น ฯลฯ จะเหมือนกันในทุกทิศทาง ซึ่งเรียกว่าไอโซโทรปี
ผู้ผลิตแก้วนำแสงหลัก ได้แก่ Schott แห่งเยอรมนี, Corning แห่งสหรัฐอเมริกา, Ohara แห่งญี่ปุ่น และ Chengdu Guangming Glass (CDGM) ในประเทศ เป็นต้น

ดัชนีการหักเหของแสงและแผนภาพการกระจายตัว

เส้นโค้งดัชนีการหักเหของแสงแก้ว

เส้นโค้งการส่งผ่าน

02. ออปติคัลคริสตัล

คริสตัลออปติคอลหมายถึงวัสดุคริสตัลที่ใช้ในสื่อออปติคอล เนื่องจากลักษณะโครงสร้างของคริสตัลออปติก จึงสามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อสร้างหน้าต่าง เลนส์ และปริซึมต่างๆ สำหรับการใช้งานอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรด ตามโครงสร้างคริสตัลสามารถแบ่งออกเป็นผลึกเดี่ยวและคริสตัลไลน์ได้ วัสดุคริสตัลเดี่ยวมีความสมบูรณ์ของคริสตัลสูงและมีการส่งผ่านแสงสูง รวมถึงการสูญเสียอินพุตต่ำ ดังนั้นคริสตัลเดี่ยวจึงส่วนใหญ่ใช้ในคริสตัลออปติก
โดยเฉพาะ: วัสดุคริสตัล UV และอินฟราเรดทั่วไปได้แก่: ควอตซ์ (SiO2), แคลเซียมฟลูออไรด์ (CaF2), ลิเธียมฟลูออไรด์ (LiF), เกลือสินเธาว์ (NaCl), ซิลิคอน (Si), เจอร์เมเนียม (Ge) ฯลฯ
ผลึกโพลาไรซ์: ผลึกโพลาไรซ์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ แคลไซต์ (CaCO3), ควอตซ์ (SiO2), โซเดียมไนเตรต (ไนเตรต) เป็นต้น
คริสตัลไม่มีสี: ลักษณะการกระจายตัวพิเศษของคริสตัลใช้ในการผลิตเลนส์ใกล้วัตถุไม่มีสี ตัวอย่างเช่น แคลเซียมฟลูออไรด์ (CaF2) ถูกรวมเข้ากับแก้วเพื่อสร้างระบบไม่มีสี ซึ่งสามารถกำจัดความคลาดเคลื่อนทรงกลมและสเปกตรัมทุติยภูมิได้
คริสตัลเลเซอร์: ใช้เป็นวัสดุทำงานสำหรับเลเซอร์โซลิดสเตต เช่น ทับทิม แคลเซียมฟลูออไรด์ คริสตัลโกเมนอะลูมิเนียมอิตเทรียมเจือด้วยนีโอไดเมียม เป็นต้น

วัสดุคริสตัลแบ่งออกเป็นวัสดุธรรมชาติและวัสดุเทียม ผลึกธรรมชาตินั้นหายากมาก เติบโตได้ยาก มีขนาดจำกัด และมีราคาแพง โดยทั่วไปเมื่อพิจารณาถึงวัสดุแก้วไม่เพียงพอ ก็สามารถทำงานในแถบแสงที่มองไม่เห็น และใช้ในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และเลเซอร์

03 วัสดุแสงพิเศษ

ก. แก้วเซรามิก
แก้วเซรามิกเป็นวัสดุนำแสงพิเศษที่ไม่ใช่แก้วหรือคริสตัล แต่เป็นวัสดุที่อยู่ระหว่างนั้น ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแก้วเซรามิกและแก้วแสงธรรมดาคือการมีโครงสร้างคริสตัล มีโครงสร้างคริสตัลที่ละเอียดกว่าเซรามิก มีลักษณะเป็นค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ มีความแข็งแรงสูง ความแข็งสูง ความหนาแน่นต่ำ และมีเสถียรภาพสูงมาก มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการประมวลผลผลึกแบน แท่งมิเตอร์มาตรฐาน กระจกบานใหญ่ ไจโรสโคปแบบเลเซอร์ ฯลฯ

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุออปติคัลไมโครคริสตัลไลน์สามารถเข้าถึง 0.0 ± 0.2 × 10-7 / ℃ (0 ~ 50 ℃)

ข. ซิลิคอนคาร์ไบด์

ซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุเซรามิกชนิดพิเศษที่ใช้เป็นวัสดุนำแสงด้วย ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแข็งที่ดี ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนรูปเนื่องจากความร้อนต่ำ เสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม และผลในการลดน้ำหนักอย่างมีนัยสำคัญ ถือเป็นวัสดุหลักสำหรับกระจกน้ำหนักเบาขนาดใหญ่ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินและอวกาศ เลเซอร์กำลังสูง เซมิคอนดักเตอร์ และสาขาอื่นๆ

วัสดุเชิงแสงประเภทนี้สามารถเรียกได้ว่าเป็นวัสดุสื่อเชิงแสง นอกเหนือจากประเภทหลักๆ ของวัสดุสื่อนำแสง วัสดุใยแก้วนำแสง วัสดุฟิล์มกรองแสง วัสดุคริสตัลเหลว วัสดุเรืองแสง ฯลฯ ทั้งหมดเป็นของวัสดุแสง การพัฒนาเทคโนโลยีออพติคอลแยกออกจากเทคโนโลยีวัสดุออพติคอลไม่ได้ เราหวังว่าจะมีความก้าวหน้าของเทคโนโลยีวัสดุออปติคอลในประเทศของฉัน