Оптические материалы

Оптические материалы — природные и синтетические материалы, монокристаллы, стёкла (оптическое стекло, фотоситаллы), поликристаллические (прозрачные керамические материалы), полимерные (органическое стекло) и другие материалы, прозрачные в том или ином диапазоне электромагнитных волн. Их применяют для изготовления оптических элементов, работающих в ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной областях спектра.

В разговорной речи и в промышленности нередко все твёрдые оптические материалы называют стёклами.

Роль оптических материалов иногда выполняют и оптические среды, некоторые полимеры, плёнки, воздух, газы, жидкости и другие вещества, пропускающие оптическое излучение.

Силикатные стёкла

Основная статья: Оптическое стекло

Самым древним и известным оптическим материалом является обычное стекло, состоящее из смеси диоксида кремния и других веществ. Развитие технологии и ужесточение требований по мере роста совершенства оптических приборов привели к созданию особого класса технических стёкол — оптического стекла.

От прочих стёкол оно отличается особенно высокой прозрачностью, чистотой, бесцветностью, однородностью, а также строго нормированными преломляющей способностью и дисперсией.

Кварцевое стекло

Основная статья: Кварцевое стекло

Переплавляя чистый диоксид кремния (например, горный хрусталь), получают так называемое кварцевое стекло. От прочих силикатных стёкол оно отличается существенной химической стойкостью, чрезвычайно малым коэффициентом линейного расширения и относительно высокой температурой плавления (1713–1728 °C). Благодаря этому возможно построение оптических систем, работающих в более широком диапазоне температур и агрессивных сред.

Кроме того, кварцевое стекло прозрачно для ультрафиолетового диапазона электромагнитных волн, что делает этот материал незаменимым для оптических систем, работающих в этой области спектра.

Органические стёкла

Основная статья: Органическое стекло

Основным поводом к созданию искусственного заменителя — органического стекла, стало отсутствие в пору его разработки (1930-е годы) материалов, пригодных для использования в авиации — прозрачных но нехрупких и достаточно прочных и гибких — этими качествами и был наделён данный синтетический полимер. В настоящее время органическое стекло уже не способно удовлетворять всем требованиям, предъявляемым ни авиацией, ни, тем более — космонавтикой, однако на смену ему пришли другие виды пластиков и новые модификации «обычного» стекла (наделённые повышенной отражательной способностью, термостойкие и прочные). Оргстекло по строгим физико-химическим характеристикам к своему прототипу отношения не имеет.

Кремний

Инфракрасная область

Линза, изготовленная из однородного кремния, прозрачна для инфракрасного излучения и непрозрачна для видимого света. В этой области спектра кремний имеет:

• сверхвысокую дисперсию;
• самое большое абсолютное значение показателя преломления n=3,4;

Рентгеновские линзы

Свойства кремния позволили создать новый тип фокусирующих систем для волн рентгеновского диапазона. Для изготовления таких систем используется контролируемое формирование периодического массива пор в процессе глубокого фотоанодного травления кремния. в ИПТМ РАН были разработаны способы управления формой пор.

В результате были созданы матрицы параболических короткофокусных рентгеновских линз и элементов трехмерных фотонных кристаллов на основе кремния.

Ниобат лития (LiNbO₃)

Ниобат лития проявляет нелинейные оптические свойства. Он применяется для создания интегрально-оптических схем, используемых в качестве модуляторов интенсивности излучения в волоконно-оптических линиях передачи данных; модуляторов фазы и поляризаторов излучения, применяемых в навигационных системах на основе волоконно-оптических гироскопов.

Ниобат лития получил широкое применение в серийных интегрально-оптических схемах ввиду уникального сочетания его параметров:

• широкое окно прозрачности от ближнего УФ до среднего ИК-диапазона
• высокая температура Кюри и, соответственно, широкий диапазон рабочей температуры без существенного изменения свойств
• относительно высокие электрооптические коэффициенты, дающие возможность для эффективной электрооптической модуляции
• возможность относительно легко создавать оптические канальные волноводы, поддерживающее распространение как одной, так и обеих поляризаций излучения
• относительно низкая стоимость кристаллических пластин, их промышленное производство

См. также

• Оптические системы
• Оптоволокно
• Линза
• Сцинтилляторы

Литература

• Винчелл А. Н., Винчелл Г., Оптические свойства искусственных минералов, пер. с англ., М., 1967;
• Сонин А. С., Василевская А. С., Электрооптические кристаллы, М., 1971;
• Физико-химические основы производства оптического стекла, под ред. Н. И. Демкиной, Л., 1976;
• Мидвин-тер Д. Э., Волоконные световоды для передачи информации, пер. с англ., М., 1983;
• Кочкин Ю. И., Румянцева Г. Н., «Зарубежная радиоэлектроника», 1985, № 9, с. 89-96;
• Леко В. К., Мазурин О. В., Свойства кварцевого стекла, Л., 1985;
• Deutsch Т. F., «J. Electronic Materials», 1975, v. 4, № 4, р.663-719;
• Lucas I., «Infrared Physics», 1985, v.25, № 1/2, p.277-81.

Ссылки

• [www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3122.html Статья «Оптические материалы» на xumuk.ru]