光学材料ppt课件

• 防辐照光学玻璃主要用作窥视窗和屏蔽材料，用于核工业、核医学、 X射线和同位素实验室。防辐照光学玻璃的制造和普通光学玻璃相似。 为增加透明度，常采用过渡金属低的原料，制造过程中要防止污染。
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• 耐辐照光学玻璃主要用于制作受高能辐照的光学仪器或窥视窗等。耐 辐照光学玻璃的制造与一般光学玻璃相同，其光学、物理化学性能和 质量指标也采用无色光学玻璃标准。
光学材料是传输光线的材料，这些材料以折射、反射和
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透射的方式，改变光线的方向、强度和位相，使光线按预
光
定要求和路径传输，也可吸收或透过一定波长范围的光线 学
而改变光线的光谱成分。
材 料
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光学材料的历史
春秋战国时期，墨子就研究光的传播规律，出 现了最古老的光学材料——青铜反光镜。
17世纪，瑞士人纪南熔制出光学玻璃，主要用
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光学晶体的重要性能表现在光谱透过范围和光学色散。虽然玻璃 比人工晶体易于制造而且价格低廉，在可见光区范围内大多采用玻璃 制作光学器件，但在紫外和红外波段，则仍然大量使用各种天然或人 工晶体。晶体的优点是透过长波限较长，折射率和色散的变化大，物 理化学性能多样化，不少晶体的熔点高，热稳定性好，能满足特殊要 求。只有晶体具有双折射性能。
光学晶体的使用就没有光学玻璃纤遍。但是晶体材料在新技术发展上起 光
着很重要的作用。例如在光电子学技术方而，由光源．倍颇．调制、偏
学 材
转、存储、显示等各部分需要的器件。又如非线性晶体所包括的电光晶 料
体、声光晶体、变频晶体等，都要用晶体材料制成。
光学塑料属于有机高分子化合物，它的特点是抗震、质轻、价廉、成 型方便。
光
于天文望远镜；随着欧洲出现了望远镜和三色棱
学
镜，人造光学玻璃成为主要光学材料。
材 料
20世纪初，以望远镜、显微镜、光谱仪以及物 理光学仪器四大类为主体，建立了光学工业。
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光学材料的分类及特点
光学材料包括光学玻璃、光学晶体、光学塑料三大类。光学玻璃是 用得最早，最广泛的光学材料。
光学晶体是具有规则排列结构的固体。由于人工晶体生长工艺困难，
光 学 材 料
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光学晶体的应用
• 氧化物光学晶体中，金红石在1μm～5 μm范围内的折射率较高，常
用于制作元件窗口或探测器的前置透镜。蓝宝石可以作为从紫外光到
异性是出晶体构造的各向异性所决定的。晶体双折射的情况与晶体结
构的对称程度有关，因此，晶体的双折射程度与不同的晶族有关。
光 学
• 旋光性
材 料
当平面偏振波沿着光轴方向传播时，其偏振面发生旋转的现象， 称旋光性，具有这种性能能的物质称旋光物质，其内部构造有非心对 称的螺旋状结构。
• 吸收性和多色性
晶体对光的吸收具有各向异性。入射光波与折射率较大的振动方 向相一致时，所表现的吸收性也较强。
7．化学稳定性好。
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• 防辐照光学玻璃
1．防γ射线玻璃 2．防X射线玻璃 3．防中子玻璃
防辐射光学玻璃
• 光学眼镜玻璃
光
1．用于制造各种眼镜片的光学玻璃。
学
材
2．矫正视力用眼镜玻璃
料
3．遮阳用眼镜玻璃
4．工业保护目镜玻璃
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光学玻璃的应用
• 普通无色光学玻璃主要用于制造光学仪器和机械的透镜、棱镜、反射 镜、窗口、标尺等。
各向同性
璃
态
介稳性
的
物
稠化过程的渐变可逆性
理
通 性
固化过程中物理化学性质的渐变性
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• 无色光学玻璃
无色光学玻璃分为普通光学玻璃和耐辐射光学玻璃两种。
• 有色光学玻璃
光
学
有色光学玻璃接着色剂的种类不同，可分为：
材
料
①硒镉着色玻璃
②离子着色的选择性吸收玻璃
③离子着色的中性玻璃。
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特种光学玻璃
• 光学石英玻璃
长的大尺寸卤化物晶体，用高温焰熔法和提拉法生长的氧化物晶体等。
至今已有几十种人工光学晶体用作窗口、透镜、棱镜、偏振器等材料，
特别是在紫外和红外波段光学玻璃较难透过的光谱区域。光学晶体是作
为光学介质材料应用的晶体材料。
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光学晶体的特性
• 双折射
晶体的双折射是由于极化率的各向异性而引起的，极化率的各向
光 学
μm波段的光学系统材料。
材
料
• 一般光学石英玻璃中，全光谱光学石英玻璃，以四氯化硅等高纯原料
在无水氧气的等离子火焰中合成。这种玻璃纯度极高，可用于制作全
波段光学透镜、棱镜、光纤芯材。
• 掺杂型石英光学玻璃中，无臭氧石英玻璃掺杂微量Ti，具有吸收远紫 外光而不影响石英玻璃可见光透过的特性，是制作无臭氧紫外光源的 理想材料。
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• 光学晶体是作为光学介质材料应用的晶体材料。
• 中国汉代就有用冰块磨成透镜聚焦的历史记载。以后发展为用自然界存
在较多的石英单晶作透镜。中国在元代已磨制成眼镜。19世纪至20世纪，
岩盐和荧石等天然晶体被用作分光元件和复消色差镜头。
光 学
材
• 20世纪初出现用各种人工晶体生长方法制取的单晶，如用温度梯度法生 料
• 紫外光学石英玻璃中，ZS-1玻璃适合制作高均匀度的紫外光学部件、 耐宇宙射线辐射的航天光学部件及光导纤维芯材。ZS-2玻璃用于紫外、 可见分光光度计的棱镜、透镜、比色皿及窗口器材。
• 红外光学石英玻璃通常采用真空加压电熔工艺生产。HS玻璃适用于红
外单色仪棱镜、透镜、比色皿及窗口材料，太阳模拟装置和1μm～3.5
• 有色光学玻璃作为滤色材料。彩色电影摄影中用滤光镜来制造各种不
同的气氛，强化或减弱某种色调。在资源卫星、气象卫星用的高级彩 光
色摄影机上，遗传学中研究细胞内部结构用的荧光显微镜，激光全息
学 材
摄影装置中，各种光谱仪器以及仪器仪表显示装置等都需要特殊性能 料
的有色光学玻璃。还用于航天测距和光通讯等方面。
光学塑料零件比光学玻璃零件、光学塑料零件成本要低得多。
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光 学 材 料
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• 不论光学玻璃化学成分和固化温度范围如如何，它是熔体过冷凝固所 得到的无定形体。由于粘度逐渐增加而具有力学性能的。
• 硬度高、脆性大、裂开时具有蜡状的折断面、对可见光具有很好的透
明度。
光
• 玻璃态物质的物理通性。
学 材
料
玻
光学石英玻璃是用纯水晶作原料而制得的玻璃态SiO2，也称为石英。
1．可见光、紫外、近红外部有很高的透明度；
光
2．热膨胀系数小，所以尺寸稳定性好；
学 材
3．耐热性好，可经受高温不软化；
料
4．耐急冷急热性好，可经受瞬时高温和突然冷却不致破裂；
5．机械强度和弹性模量好．可以承受较大应力而变形量小：
6．硬度高，表四不易划伤；