La première étape de tout processus de fabrication optique est la sélection des matériaux optiques appropriés. Les paramètres optiques (indice de réfraction, nombre d'Abbe, transmittance, réflectivité), les propriétés physiques (dureté, déformation, taux de bulles, coefficient de Poisson) et même les caractéristiques thermiques (coefficient de dilatation thermique, relation entre l'indice de réfraction et la température) des matériaux optiques influencent leurs propriétés optiques. Performances des composants et systèmes optiques. Cet article présente brièvement les matériaux optiques courants et leurs propriétés.
Les matériaux optiques sont principalement divisés en trois catégories : le verre optique, le cristal optique et les matériaux optiques spéciaux.
01 Verre optique
Le verre optique est un matériau optique amorphe (vitreux) capable de transmettre la lumière. La lumière qui le traverse peut modifier sa direction de propagation, sa phase et son intensité. Il est couramment utilisé pour produire des composants optiques tels que des prismes, des lentilles, des miroirs, des fenêtres et des filtres dans des instruments ou systèmes optiques. Le verre optique présente une transparence élevée, une stabilité chimique et une uniformité physique de structure et de performances. Il possède des constantes optiques spécifiques et précises. À l'état solide à basse température, le verre optique conserve la structure amorphe de l'état liquide à haute température. Idéalement, les propriétés physiques et chimiques internes du verre, telles que l'indice de réfraction, le coefficient de dilatation thermique, la dureté, la conductivité thermique, la conductivité électrique, le module d'élasticité, etc., sont identiques dans toutes les directions, ce qui est appelé isotropie.
Les principaux fabricants de verre optique sont Schott d'Allemagne, Corning des États-Unis, Ohara du Japon et Chengdu Guangming Glass (CDGM) du pays, etc.
Diagramme de l'indice de réfraction et de la dispersion
courbes d'indice de réfraction du verre optique
Courbes de transmission
02. Cristal optique
Le cristal optique désigne le matériau cristallin utilisé dans les supports optiques. Grâce à ses caractéristiques structurelles, il est largement utilisé pour la fabrication de fenêtres, de lentilles et de prismes pour les applications ultraviolettes et infrarouges. Selon sa structure cristalline, il peut être divisé en monocristal et polycristallin. Les monocristallins présentent une intégrité cristalline et une transmittance lumineuse élevées, ainsi qu'une faible perte d'entrée. C'est pourquoi ils sont principalement utilisés dans les cristaux optiques.
Plus précisément : les matériaux cristallins UV et infrarouges courants comprennent : le quartz (SiO2), le fluorure de calcium (CaF2), le fluorure de lithium (LiF), le sel gemme (NaCl), le silicium (Si), le germanium (Ge), etc.
Cristaux polarisants : Les cristaux polarisants couramment utilisés comprennent la calcite (CaCO3), le quartz (SiO2), le nitrate de sodium (nitrate), etc.
Cristal achromatique : Les caractéristiques de dispersion particulières du cristal sont utilisées pour la fabrication de lentilles d'objectif achromatiques. Par exemple, le fluorure de calcium (CaF2) est combiné au verre pour former un système achromatique, capable d'éliminer l'aberration sphérique et le spectre secondaire.
Cristal laser : utilisé comme matériaux de travail pour les lasers à solide, tels que le rubis, le fluorure de calcium, le cristal de grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme, etc.
Les matériaux cristallins sont classés en matériaux naturels et artificiels. Les cristaux naturels sont très rares, difficiles à produire artificiellement, de taille limitée et coûteux. Généralement utilisé lorsque le verre est insuffisant, il peut fonctionner dans la bande de lumière non visible et est utilisé dans les industries des semi-conducteurs et du laser.
03 Matériaux optiques spéciaux
a. Vitrocéramique
La vitrocéramique est un matériau optique spécial, à mi-chemin entre le verre et le cristal. Sa principale différence avec le verre optique ordinaire réside dans sa structure cristalline. Plus fine que la céramique, elle présente un faible coefficient de dilatation thermique, une résistance et une dureté élevées, une faible densité et une stabilité exceptionnelle. Elle est largement utilisée dans le traitement des cristaux plats, des mètres étalons, des grands miroirs, des gyroscopes laser, etc.
Le coefficient de dilatation thermique des matériaux optiques microcristallins peut atteindre 0,0±0,2×10-7/℃ (0~50℃)
b. Carbure de silicium
Le carbure de silicium est un matériau céramique spécialisé, également utilisé comme matériau optique. Il présente une bonne rigidité, un faible coefficient de déformation thermique, une excellente stabilité thermique et un gain de poids significatif. Il est considéré comme le principal matériau pour les miroirs légers de grande taille et est largement utilisé dans l'aérospatiale, les lasers de haute puissance, les semi-conducteurs et d'autres domaines.
Ces catégories de matériaux optiques peuvent également être appelées matériaux de support optique. Outre les principales catégories de matériaux de support optique, on trouve également des fibres optiques, des films optiques, des cristaux liquides et des matériaux luminescents. Le développement de la technologie optique est indissociable de celui des matériaux optiques. Nous attendons avec intérêt les progrès de la technologie des matériaux optiques de mon pays.
Date de publication : 05/01/2024
