La première étape de tout processus de fabrication optique est la sélection des matériaux optiques appropriés. Paramètres optiques (indice de réfraction, nombre d'Abbe, transmission, réflectivité), propriétés physiques (dureté, déformation, teneur en bulles, coefficient de Poisson) et même caractéristiques de température (coefficient de dilatation thermique, relation entre l'indice de réfraction et la température) des matériaux optiques. Tous affecteront les propriétés optiques des matériaux optiques. Performances des composants et systèmes optiques. Cet article présentera brièvement les matériaux optiques courants et leurs propriétés.
Les matériaux optiques sont principalement divisés en trois catégories : verre optique, cristal optique et matériaux optiques spéciaux.
01 Verre Optique
Le verre optique est un matériau de support optique amorphe (vitreux) qui peut transmettre la lumière. La lumière qui le traverse peut changer sa direction, sa phase et son intensité de propagation. 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 en termes 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 élastique, etc., sont les mêmes dans toutes les directions, ce qu'on appelle l'isotropie.
Les principaux fabricants de verre optique sont Schott en Allemagne, Corning aux États-Unis, Ohara au Japon et Chengdu Guangming Glass (CDGM), etc.
Indice de réfraction et diagramme de dispersion
courbes d'indice de réfraction du verre optique
Courbes de transmission
02. Cristal optique
Le cristal optique fait référence au matériau cristallin utilisé dans les supports optiques. En raison des caractéristiques structurelles des cristaux optiques, ils peuvent être largement utilisés pour fabriquer diverses fenêtres, lentilles et prismes pour les applications ultraviolettes et infrarouges. Selon la structure cristalline, il peut être divisé en monocristallin et polycristallin. Les matériaux monocristallins ont une intégrité cristalline et une transmission de la lumière élevées, ainsi qu'une faible perte d'entrée, de sorte que les monocristaux 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 spéciales du cristal sont utilisées pour fabriquer des lentilles d'objectif achromatiques. Par exemple, le fluorure de calcium (CaF2) est combiné avec du verre pour former un système achromatique, capable d'éliminer l'aberration sphérique et le spectre secondaire.
Cristal laser : utilisé comme matériau 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 divisés en matériaux naturels et cultivés artificiellement. Les cristaux naturels sont très rares, difficiles à cultiver artificiellement, de taille limitée et coûteux. Généralement considéré lorsque le matériau en 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
un. Vitrocéramique
La vitrocéramique est un matériau optique spécial qui n'est ni du verre ni du cristal, mais quelque part entre les deux. La principale différence entre la vitrocéramique et le verre optique ordinaire réside dans la présence d’une structure cristalline. Sa structure cristalline est plus fine que celle de la céramique. Il présente les caractéristiques d'un faible coefficient de dilatation thermique, d'une résistance élevée, d'une dureté élevée, d'une faible densité et d'une stabilité extrêmement élevée. Il est largement utilisé dans le traitement des cristaux plats, des bâtons de mesure standard, 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. Le carbure de silicium présente une bonne rigidité, un faible coefficient de déformation thermique, une excellente stabilité thermique et un effet de réduction de poids significatif. Il est considéré comme le matériau principal des 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 à supports optiques. Outre les principales catégories de matériaux pour supports optiques, les matériaux pour fibres optiques, les matériaux pour films optiques, les matériaux à cristaux liquides, les matériaux luminescents, etc. appartiennent tous aux matériaux optiques. Le développement de la technologie optique est indissociable de la technologie des matériaux optiques. Nous attendons avec impatience les progrès de la technologie des matériaux optiques de mon pays.
Heure de publication : 05 janvier 2024
