معرفی مواد نوری رایج

اولین مرحله در هر فرآیند تولید نوری، انتخاب مواد نوری مناسب است. پارامترهای نوری (ضریب شکست، عدد Abbe، گذردهی، انعکاس پذیری)، خواص فیزیکی (سختی، تغییر شکل، محتوای حباب، نسبت پواسون)، و حتی ویژگی‌های دما (ضریب انبساط حرارتی، رابطه بین ضریب شکست و دما) مواد نوری همگی تاثیر خواهند داشت. خواص نوری مواد نوری عملکرد قطعات و سیستم های نوری. این مقاله به طور خلاصه به معرفی مواد نوری رایج و خواص آنها می پردازد.
مواد نوری عمدتاً به سه دسته تقسیم می شوند: شیشه نوری، کریستال نوری و مواد نوری ویژه.

01 شیشه نوری
شیشه نوری یک ماده محیط نوری آمورف (شیشه ای) است که می تواند نور را از خود عبور دهد. عبور نور از آن می تواند جهت انتشار، فاز و شدت آن را تغییر دهد. معمولاً برای تولید اجزای نوری مانند منشورها، لنزها، آینه ها، پنجره ها و فیلترها در ابزارها یا سیستم های نوری استفاده می شود. شیشه نوری دارای شفافیت بالا، پایداری شیمیایی و یکنواختی فیزیکی در ساختار و عملکرد است. دارای ثابت های نوری خاص و دقیق است. در حالت جامد دمای پایین، شیشه نوری ساختار آمورف حالت مایع با دمای بالا را حفظ می کند. در حالت ایده آل، خواص فیزیکی و شیمیایی داخلی شیشه مانند ضریب شکست، ضریب انبساط حرارتی، سختی، هدایت حرارتی، هدایت الکتریکی، مدول الاستیک و غیره در همه جهات یکسان است که به آن ایزوتروپی می گویند.
تولید کنندگان اصلی شیشه نوری عبارتند از Schott آلمان، Corning ایالات متحده، Ohara ژاپن، و داخلی Chengdu Guangming Glass (CDGM) و غیره.

نمودار ضریب شکست و پراکندگی

منحنی های ضریب شکست شیشه نوری

منحنی های انتقال

02. کریستال نوری

کریستال نوری به مواد کریستالی مورد استفاده در رسانه های نوری اشاره دارد. با توجه به ویژگی های ساختاری کریستال های نوری، می توان از آن به طور گسترده برای ساخت پنجره ها، لنزها و منشورهای مختلف برای کاربردهای فرابنفش و مادون قرمز استفاده کرد. با توجه به ساختار بلوری، می توان آن را به تک بلور و پلی کریستال تقسیم کرد. مواد تک کریستالی دارای یکپارچگی کریستالی بالا و عبور نور و همچنین تلفات ورودی کم هستند، بنابراین تک کریستال ها عمدتاً در کریستال های نوری استفاده می شوند.
به طور خاص: مواد کریستالی رایج UV و مادون قرمز عبارتند از: کوارتز (SiO2)، فلوراید کلسیم (CaF2)، فلوراید لیتیوم (LiF)، سنگ نمک (NaCl)، سیلیکون (Si)، ژرمانیوم (Ge) و غیره.
بلورهای پلاریزه کننده: کریستال های پلاریزه کننده رایج شامل کلسیت (CaCO3)، کوارتز (SiO2)، نیترات سدیم (نیترات) و غیره هستند.
کریستال آکروماتیک: از ویژگی های پراکندگی خاص کریستال برای ساخت عدسی های شیئی آکروماتیک استفاده می شود. به عنوان مثال، فلوراید کلسیم (CaF2) با شیشه ترکیب می شود تا یک سیستم آکروماتیک ایجاد کند که می تواند انحراف کروی و طیف ثانویه را از بین ببرد.
کریستال لیزر: به عنوان مواد کار برای لیزرهای حالت جامد، مانند یاقوت، فلوراید کلسیم، کریستال گارنت آلومینیوم ایتریم با نئودیمیم و غیره استفاده می شود.

مواد کریستالی به دو دسته طبیعی و مصنوعی تقسیم می شوند. بلورهای طبیعی بسیار نادر هستند، رشد مصنوعی آنها دشوار است، اندازه محدود و پرهزینه است. به طور کلی در نظر گرفته می شود که مواد شیشه ای ناکافی باشد، می تواند در نوار نور غیر مرئی کار کند و در صنایع نیمه هادی و لیزر استفاده می شود.

03 مواد نوری ویژه

الف شیشه سرامیک
شیشه سرامیک یک ماده نوری خاص است که نه شیشه است و نه کریستال، بلکه جایی در این بین است. تفاوت اصلی بین شیشه-سرامیک و شیشه نوری معمولی وجود ساختار کریستالی است. ساختار کریستالی ظریف تری نسبت به سرامیک دارد. دارای ویژگی های ضریب انبساط حرارتی کم، استحکام بالا، سختی بالا، چگالی کم و پایداری بسیار بالا است. این به طور گسترده ای در پردازش کریستال های تخت، چوب های متر استاندارد، آینه های بزرگ، ژیروسکوپ های لیزری و غیره استفاده می شود.

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

ب سیلیکون کاربید

کاربید سیلیکون یک ماده سرامیکی ویژه است که به عنوان یک ماده نوری نیز استفاده می شود. کاربید سیلیکون دارای سفتی خوب، ضریب تغییر شکل حرارتی کم، پایداری حرارتی عالی و اثر کاهش وزن قابل توجه است. این ماده اصلی برای آینه های سبک وزن بزرگ در نظر گرفته می شود و به طور گسترده در هوا فضا، لیزرهای پرقدرت، نیمه هادی ها و زمینه های دیگر استفاده می شود.

این دسته از مواد نوری را می توان مواد رسانه نوری نیز نامید. علاوه بر دسته های اصلی مواد رسانه های نوری، مواد فیبر نوری، مواد فیلم نوری، مواد کریستال مایع، مواد شب تاب و غیره همگی به مواد نوری تعلق دارند. توسعه فناوری نوری از فناوری مواد نوری جدایی ناپذیر است. ما مشتاقانه منتظر پیشرفت فناوری مواد نوری کشورم هستیم.