红外光学玻璃与红外晶体材料光学特性

一、红外光学玻璃与红外晶体资料光学特性：

1.

令狐采学

2.晶体资料

晶体资料包含离子晶体与半导体晶体离子晶体包含碱卤化合物晶体, 碱土—卤族化合物晶体及氧化物及某些无机盐晶体。半导体晶体包含Ⅳ族单位素晶体、Ⅲ ～Ⅴ族化合物和Ⅱ ～Ⅵ族化合物晶体等。离子型晶体通常具有较高的透过率, 同时有较低的折射率, 因而反射损失小, 一般不需镀增透膜, 同时离子型晶体光学性能受温度影响也小于非离子型晶体。半导体晶体属于共价晶体或某种离子耦合的共价键晶体。晶体的特点是其物理和化学特性及使用特性的多样性。晶体的折射率及色散度变更规模比其它类型资料丰富很多。可以满足不合应用的需要, 有一些晶体还具备光电、磁光、声光等效应, 可以用作探测器资料。[1]

按内部晶体结构晶体资料可分为单晶体和多晶体

①单晶体资料

表1.1 几种经常使用红外晶体资料[1]

名称化学组成透射长波

限/μm 折射率

/4.3μm

硬度/克氏密度

/(g·cm3)

溶解度

/(g·L3)H2

O

金刚石 C 30 2.4 8820 3.51 不溶锗Ge 25 4.02 800 5.33 不溶硅Si 15 3.42 1150 2.33 不溶石英晶体SiO2 4.5 1.46 740 2.2 不溶兰宝石Al2O3 5.5 1.68 1370 3.98 不溶氟化锂LiF 8.0 1.34 110 2.60 0.27 氟化镁MgF2 8.0 1.35 576 3.18 不溶氟化钡BaF2 13.5 1.45 82 4.89 0.17

氟化钙CaF2 10.0 1.41 158 3.18 0.002 溴化铊TLBr 34 2.35 12 7.56 0.05 金红石TiO2 6.0 2.45 880 4.26 不溶砷化镓GaAs 18 3.34(8μm)750 5.31 不溶氯化钠NaCl 25 1.52 17 2.16 35

硒化锌ZnSe 22 2.4 150 5.27 不溶锑化铟InSb 16 3.99 223 5.78 不溶硫化锌ZnS 15 2.25 354 4.09 不溶KRS5 TLBrTLI 45 2.38 40 7.37 0.02 KRS6 TLBrTLCl 30 2.19 35 7.19 0.01

②多晶体资料

表1.2红外多晶资料[1]

资料透射规模

/μm 折射率

/5μm

硬度/克氏熔点/℃密度

/(g·m3)

在水中溶

解度

MgF2 0.45～9.5 1.34 576 1396 3.18 不溶

ZnS 0.57～15.0 2.25 354 1020 4.088 不溶

MgO 0.39～10.0 1.7 640 2800 3.58 不溶

CaF2 0.2～12.0 1.37 200 1403 3.18 微溶

ZnSe 0.48～22 2.4 150 5.27 不溶

CdTe 2～30 2.7 40 1045 5.85 不溶

经常使用的红外单晶资料包含Ge、Si、金红石、蓝宝石、石英晶体、ZnS、GaAs、MgF2、NaCl、TlBr、KHS6(TlBrTlCl) 和KHS5(TlBrTlI) 等，具有熔点高、热稳定性好、硬度高、折射率和色散化规模年夜等优点，但晶体尺寸受限、成秘闻对较高。经常使用的红外多晶包含MgO、ZnS、ZnSe 和CdTe、MgF2多晶和CaF2等，具有本钱低、可制备年夜尺寸及庞杂形状的优点。适用于中红波段的玻璃光学元件主要包含铝酸盐玻璃、锗酸盐玻璃和锑酸盐玻璃等体系，光学均匀性好、易于制成不合尺寸与形状，但其红外波段透射规模较窄、抗热冲击和机械冲击性能较差。塑料在近红外和远红外具有良好的透过率，但在中红外波段透过率较低；已实现实用化的塑料包含丙烯酸脂和聚四氟乙烯，前者在常温下用于红外发光二极管等的封装资料，后者用作2~7μm 波段呵护膜和小型民用红外激光器窗

口资料等。[1]

表1.3经常使用红外光学资料的热学力学光学性质

资料金刚石硒化锌硫化锌单晶锗硅氟化镁折射系数 2.38 2.40 2.19 4.00 3.42 1.35 透过率/% 71 71 72 47 54 －

吸收系数

/cm1

0.1～0.3 0.005 0.2 0.02 0.35 －

禁带宽度

/eV

5.48 2.7 3.9 0.664 1.11 －

熔点/℃3770 1520 1830 937 1417 1261 弹性模量

/GPa

1050 70.9 74.5 103 130 115

显微硬度/

（kg/mm2

）

9000 105 250 850 1150 640

热传导率/

﹝W/

（cm·K）

﹞

20～22 0.19 0.27 0.59 1.63 0.16

热膨胀系

数/

（106/K）

1.0 7.0 6.8 6.0

2.6 11.0

透过波段/m 3.0～5.0，

8.0～14.0

0.5～22 0.4～12 1.8～25 1.1～5.8 0.45～9.5

3.红外光学玻璃

中波红外光学玻璃：

根据成分不合，中波红外光学玻璃主要包含氟化物玻璃、氧化物玻璃（主要铝酸钙玻璃、锗酸盐玻璃、镓酸盐玻璃和碲酸盐玻璃等）以及氧氟化物玻璃。

表2.1罕见中波红外光学玻璃资料特性[12]

长波红外光学玻璃：

根据成分不合，长波红外玻璃主要包含硫系玻璃、卤系玻璃和硫卤系玻璃等。

表2.2经常使用长波红外玻璃资料的基赋性能[3]