معرفی مواد نوری رایج

اولین قدم در هر فرآیند تولید نوری، انتخاب مواد نوری مناسب است. پارامترهای نوری (ضریب شکست، عدد آبه، عبور، بازتاب)، خواص فیزیکی (سختی، تغییر شکل، محتوای حباب، نسبت پواسون) و حتی ویژگی‌های دمایی (ضریب انبساط حرارتی، رابطه بین ضریب شکست و دما) مواد نوری، همگی بر خواص نوری مواد نوری تأثیر می‌گذارند. عملکرد اجزا و سیستم‌های نوری. این مقاله به طور خلاصه مواد نوری رایج و خواص آنها را معرفی می‌کند.
مواد نوری عمدتاً به سه دسته تقسیم می‌شوند: شیشه نوری، کریستال نوری و مواد نوری ویژه.

01 شیشه نوری
شیشه نوری یک ماده واسطه نوری آمورف (شیشه ای) است که می‌تواند نور را منتقل کند. نوری که از آن عبور می‌کند می‌تواند جهت انتشار، فاز و شدت آن را تغییر دهد. معمولاً برای تولید قطعات نوری مانند منشور، لنز، آینه، پنجره و فیلتر در ابزارها یا سیستم‌های نوری استفاده می‌شود. شیشه نوری دارای شفافیت بالا، پایداری شیمیایی و یکنواختی فیزیکی در ساختار و عملکرد است. دارای ثابت‌های نوری خاص و دقیقی است. در حالت جامد با دمای پایین، شیشه نوری ساختار آمورف حالت مایع با دمای بالا را حفظ می‌کند. در حالت ایده‌آل، خواص فیزیکی و شیمیایی داخلی شیشه، مانند ضریب شکست، ضریب انبساط حرارتی، سختی، رسانایی حرارتی، رسانایی الکتریکی، مدول الاستیک و غیره، در همه جهات یکسان هستند که به آن ایزوتروپی می‌گویند.
تولیدکنندگان اصلی شیشه‌های اپتیکی شامل شات آلمان، کورنینگ ایالات متحده، اوهارا ژاپن و شرکت داخلی چنگدو گوانگمینگ گلس (CDGM) و غیره هستند.

نمودار ضریب شکست و پراکندگی

منحنی‌های ضریب شکست شیشه اپتیکی

منحنی‌های عبور

02. کریستال نوری

کریستال نوری به ماده کریستالی مورد استفاده در محیط‌های نوری اشاره دارد. با توجه به ویژگی‌های ساختاری کریستال‌های نوری، می‌توان از آنها به طور گسترده برای ساخت پنجره‌ها، لنزها و منشورهای مختلف برای کاربردهای فرابنفش و مادون قرمز استفاده کرد. بر اساس ساختار کریستالی، می‌توان آن را به تک کریستال و چند کریستالی تقسیم کرد. مواد تک کریستالی دارای یکپارچگی کریستالی بالا و انتقال نور و همچنین تلفات ورودی کم هستند، بنابراین تک کریستال‌ها عمدتاً در کریستال‌های نوری استفاده می‌شوند.
به طور خاص: مواد کریستالی رایج در طیف فرابنفش و مادون قرمز عبارتند از: کوارتز (SiO2)، فلوراید کلسیم (CaF2)، فلوراید لیتیوم (LiF)، نمک سنگ (NaCl)، سیلیکون (Si)، ژرمانیوم (Ge) و غیره.
کریستال‌های قطبشگر: کریستال‌های قطبشگر رایج شامل کلسیت (CaCO3)، کوارتز (SiO2)، نیترات سدیم (نیترات) و غیره هستند.
کریستال آکروماتیک: از ویژگی‌های پراکندگی ویژه کریستال برای ساخت لنزهای شیئی آکروماتیک استفاده می‌شود. به عنوان مثال، کلسیم فلوراید (CaF2) با شیشه ترکیب می‌شود تا یک سیستم آکروماتیک تشکیل دهد که می‌تواند ابیراهی کروی و طیف ثانویه را از بین ببرد.
کریستال لیزر: به عنوان مواد کاری برای لیزرهای حالت جامد مانند یاقوت، فلوراید کلسیم، کریستال گارنت آلومینیوم ایتریم آلاییده شده با نئودیمیوم و غیره استفاده می‌شود.

مواد کریستالی به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می‌شوند. کریستال‌های طبیعی بسیار کمیاب هستند، رشد مصنوعی آنها دشوار است، اندازه محدودی دارند و گران هستند. معمولاً وقتی مواد شیشه‌ای کافی نباشد، می‌توان از آنها در باند نور غیرمرئی استفاده کرد و در صنایع نیمه‌هادی و لیزر استفاده می‌شود.

03 مواد نوری ویژه

الف) سرامیک شیشه‌ای
شیشه-سرامیک یک ماده نوری خاص است که نه شیشه است و نه کریستال، بلکه چیزی بین این دو است. تفاوت اصلی بین شیشه-سرامیک و شیشه نوری معمولی، وجود ساختار کریستالی است. این ماده ساختار کریستالی ظریف‌تری نسبت به سرامیک دارد. این ماده دارای ویژگی‌های ضریب انبساط حرارتی پایین، استحکام بالا، سختی بالا، چگالی کم و پایداری بسیار بالا است. این ماده به طور گسترده در پردازش کریستال‌های تخت، میله‌های استاندارد متر، آینه‌های بزرگ، ژیروسکوپ‌های لیزری و غیره استفاده می‌شود.

ضریب انبساط حرارتی مواد نوری میکروکریستالی می‌تواند به 0.0±0.2×10-7/℃ (0~50℃) برسد.

ب. کاربید سیلیکون

کاربید سیلیکون یک ماده سرامیکی خاص است که به عنوان یک ماده نوری نیز استفاده می‌شود. کاربید سیلیکون دارای سفتی خوب، ضریب تغییر شکل حرارتی پایین، پایداری حرارتی عالی و اثر کاهش وزن قابل توجه است. این ماده به عنوان ماده اصلی برای آینه‌های سبک وزن با اندازه بزرگ در نظر گرفته می‌شود و به طور گسترده در هوافضا، لیزرهای پرقدرت، نیمه هادی‌ها و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این دسته از مواد نوری را می‌توان مواد واسطه نوری نیز نامید. علاوه بر دسته‌های اصلی مواد واسطه نوری، مواد فیبر نوری، مواد فیلم نوری، مواد کریستال مایع، مواد لومینسانس و غیره همگی جزو مواد نوری هستند. توسعه فناوری نوری از فناوری مواد نوری جدایی‌ناپذیر است. ما مشتاقانه منتظر پیشرفت فناوری مواد نوری کشورم هستیم.