Материалы

Специальные оптические материалы: свойства и применение

1. Оксидные материалы

Al₂O₃ (Лейкосапфир)

• Искусственный сапфир (монокристаллический α-оксид алюминия)
• Свойства: высокая твердость (9 по Моосу), t° плавления 2050°C, прозрачность 0.15-5.5 мкм
• Применение: окна ИК-техники, подложки для микросхем, защитные стекла

Кварцевое стекло (разновидности)

• КУ-1/КУ-2: прозрачное УФ-стекло (185-2500 нм)
• КВ: вакуумное уплотнение, низкое газовыделение
• КИ: инфракрасное кварцевое стекло (до 3.5 мкм)

2. Фторидные материалы

BaF₂ (Фторид бария)

• Широкое пропускание (0.15-12 мкм)
• Высокая радиационная стойкость
• Применение: рентгеновская оптика, лазерные компоненты

CaF₂ (Фторид кальция)

• Прозрачность 0.13-10 мкм
• Низкая дисперсия, устойчивость к лазерному повреждению
• Используется в литографии, микроскопии

MgF₂ (Фторид магния)

• Прозрачность 0.11-7 мкм
• Твердость 6 по Моосу
• Основное применение: просветляющие покрытия

LiF (Фторид лития)

• Самый коротковолновый прозрачный материал (до 104 нм)
• Гигроскопичен, требует защиты

3. Галогенидные материалы

KBr (Бромид калия)

• Широкое ИК-пропускание (0.25-25 мкм)
• Сильно гигроскопичен
• Стандартный материал для ИК-спектроскопии

KCl (Хлорид калия)

• Прозрачность 0.21-20 мкм
• Применение: ИК-оптика, лазерные компоненты

NaCl (Хлорид натрия)

• Дешевый ИК-материал (0.2-17 мкм)
• Используется в учебных и промышленных ИК-приборах

4. Полупроводниковые материалы

Ge (Германий)

• Прозрачность 1.8-23 мкм
• Высокий показатель преломления (n=4)
• Применение: тепловизоры, ИК-оптика

Si (Кремний)

• Пропускание 1.2-15 мкм
• Высокая теплопроводность
• Используется в ИК-окнах, лазерной технике

5. Халькогенидные материалы

ZnS (Сульфид цинка)

• Стандартный (0.4-12 мкм)
• CVD-ZnS (0.4-14 мкм)
• Высокая ударная прочность
• Применение: тепловизионные системы

ZnSe (Селенид цинка)

• Прозрачность 0.5-22 мкм
• Идеален для CO₂-лазеров (10.6 мкм)
• Дороже ZnS, но с лучшим пропусканием

6. Оптические стекла

К8 (Крон)

• Низкая дисперсия
• Для видимого диапазона
• Линзы, призмы

ЛК5 (Легкий крон)

• Коррекция хроматических аберраций
• Фотографическая оптика

ТФ10 (Тяжелый флинт)

• Высокий показатель преломления
• Компенсационные элементы

Сравнительная таблица свойств

Критерии выбора материала

1. Рабочий спектральный диапазон
2. Механические требования
3. Условия эксплуатации (t°, влажность)
4. Бюджет проекта
5. Доступность обработки

Современные оптические материалы позволяют решать самые сложные технические задачи в различных областях — от УФ-литографии до дальнего ИК-диапазона. Правильный выбор материала существенно влияет на эффективность и стоимость оптических систем.