O primeiro passo em qualquer processo de fabricação óptica é a seleção dos materiais ópticos apropriados. Parâmetros ópticos (índice de refração, número de Abbe, transmitância, refletividade), propriedades físicas (dureza, deformação, conteúdo de bolhas, coeficiente de Poisson) e até mesmo características de temperatura (coeficiente de expansão térmica, relação entre índice de refração e temperatura) dos materiais ópticos. Todos esses fatores afetarão as propriedades ópticas dos materiais ópticos. Desempenho de componentes e sistemas ópticos. Este artigo apresentará brevemente os materiais ópticos comuns e suas propriedades.
Os materiais ópticos são divididos principalmente em três categorias: vidro óptico, cristal óptico e materiais ópticos especiais.
01 Vidro Óptico
O vidro óptico é um material óptico amorfo (vítreo) capaz de transmitir luz. A luz que o atravessa pode alterar sua direção de propagação, fase e intensidade. É comumente utilizado na produção de componentes ópticos como prismas, lentes, espelhos, janelas e filtros em instrumentos ou sistemas ópticos. O vidro óptico apresenta alta transparência, estabilidade química e uniformidade física em estrutura e desempenho. Possui constantes ópticas específicas e precisas. No estado sólido de baixa temperatura, o vidro óptico retém a estrutura amorfa do estado líquido de alta temperatura. Idealmente, as propriedades físicas e químicas internas do vidro, como índice de refração, coeficiente de expansão térmica, dureza, condutividade térmica, condutividade elétrica, módulo de elasticidade, etc., são as mesmas em todas as direções, o que é chamado de isotropia.
Os principais fabricantes de vidro óptico incluem a Schott da Alemanha, a Corning dos Estados Unidos, a Ohara do Japão e a Chengdu Guangming Glass (CDGM), etc.
Diagrama de índice de refração e dispersão
curvas de índice de refração de vidro óptico
Curvas de transmitância
02. Cristal óptico
Cristal óptico refere-se ao material cristalino utilizado em meios ópticos. Devido às suas características estruturais, pode ser amplamente utilizado na fabricação de diversas janelas, lentes e prismas para aplicações em ultravioleta e infravermelho. De acordo com a estrutura cristalina, pode ser dividido em monocristalino e policristalino. Os materiais monocristalinos apresentam alta integridade cristalina e transmitância de luz, bem como baixa perda de entrada, sendo, portanto, utilizados principalmente em cristais ópticos.
Especificamente: Materiais de cristal UV e infravermelho comuns incluem: quartzo (SiO2), fluoreto de cálcio (CaF2), fluoreto de lítio (LiF), sal-gema (NaCl), silício (Si), germânio (Ge), etc.
Cristais polarizadores: Os cristais polarizadores comumente usados incluem calcita (CaCO3), quartzo (SiO2), nitrato de sódio (nitrato), etc.
Cristal acromático: As características especiais de dispersão do cristal são utilizadas na fabricação de lentes objetivas acromáticas. Por exemplo, o fluoreto de cálcio (CaF₂) é combinado com vidro para formar um sistema acromático, que pode eliminar a aberração esférica e o espectro secundário.
Cristal de laser: usado como material de trabalho para lasers de estado sólido, como rubi, fluoreto de cálcio, cristal de granada de ítrio e alumínio dopado com neodímio, etc.
Os materiais de cristal são divididos em naturais e cultivados artificialmente. Cristais naturais são muito raros, difíceis de cultivar artificialmente, de tamanho limitado e caros. Geralmente considerado quando o material de vidro é insuficiente, ele pode funcionar na faixa de luz não visível e é usado nas indústrias de semicondutores e laser.
03 Materiais ópticos especiais
a. Vitrocerâmica
A vitrocerâmica é um material óptico especial que não é nem vidro nem cristal, mas algo entre os dois. A principal diferença entre a vitrocerâmica e o vidro óptico comum é a presença de estrutura cristalina. Possui uma estrutura cristalina mais fina que a cerâmica. Possui características de baixo coeficiente de expansão térmica, alta resistência, alta dureza, baixa densidade e estabilidade extremamente alta. É amplamente utilizado no processamento de cristais planos, réguas métricas padrão, espelhos grandes, giroscópios a laser, etc.
O coeficiente de expansão térmica dos materiais ópticos microcristalinos pode atingir 0,0±0,2×10-7/℃ (0~50℃)
b. Carboneto de silício
O carboneto de silício é um material cerâmico especial que também é utilizado como material óptico. Possui boa rigidez, baixo coeficiente de deformação térmica, excelente estabilidade térmica e significativo efeito de redução de peso. É considerado o principal material para espelhos leves de grande porte e é amplamente utilizado na indústria aeroespacial, lasers de alta potência, semicondutores e outras áreas.
Essas categorias de materiais ópticos também podem ser chamadas de materiais de mídia óptica. Além das principais categorias de materiais de mídia óptica, materiais de fibra óptica, materiais de filme óptico, materiais de cristal líquido, materiais luminescentes, etc., também pertencem a materiais ópticos. O desenvolvimento da tecnologia óptica é inseparável da tecnologia de materiais ópticos. Aguardamos ansiosamente o progresso da tecnologia de materiais ópticos do meu país.
Horário da postagem: 05/01/2024
