《光學(xué)材料》PPT課件

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1、第一篇光學(xué)材料第一節(jié)　概述第二節(jié)光學(xué)玻璃第三節(jié)光學(xué)晶體第四節(jié)光學(xué)塑料第一節(jié)　概述材料：可以直接制造成成品的東西。一、材料的分類(lèi)：1.按化學(xué)組成：金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)聚合物及復(fù)合材料;2.按用途：建筑材料、耐火材料、光學(xué)材料、電工材料、紡織材料等等。二、光學(xué)材料在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防建設(shè)、科技現(xiàn)代化及人們生活中不可缺少的重要材料。是光學(xué)零件加工的對(duì)象，因此了解光學(xué)材料的種類(lèi)、性質(zhì)及其與加工工藝的關(guān)系，對(duì)從事光學(xué)生產(chǎn)是十分必要的。光學(xué)材料的分類(lèi)根據(jù)材料同光的相互作用時(shí)產(chǎn)生的不同的物理效應(yīng)可分為光介質(zhì)材料和光功能材料。光介質(zhì)材料：傳輸光線的材料。使光產(chǎn)生折射、反射

2、或透射，以改變光線的方向、強(qiáng)度和位相，使光線按預(yù)定要求在材料中傳播;或利用材料對(duì)某一特定波長(zhǎng)范圍的光線的吸收或透過(guò)來(lái)改變光線的光譜成分。如普通光學(xué)玻璃和光學(xué)晶體等。光功能材料：實(shí)現(xiàn)能量的探測(cè)和轉(zhuǎn)換。指在外場(chǎng)（電、聲、磁、熱、壓力等）或者在光的作用下其結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的材料。如激光材料等。根據(jù)材料結(jié)構(gòu)和聚集狀態(tài)可分為單晶體、多晶體(陶瓷)、玻璃(非晶態(tài))、塑料和薄膜等。一、光學(xué)玻璃與普通玻璃的主要區(qū)別：一、原料純度要求高，吸收損耗極小;二、物理與化學(xué)性質(zhì)上的高度均勻性;發(fā)展史：1768年瑞士人紀(jì)南德(P.L.Guinand)：幾種冕牌及火石玻璃;1809～18

3、14年和德國(guó)人夫瑯和費(fèi)(J.V.Fraunhofer)合作熔制坩堝容量為150～200噸的火石玻璃，只有幾種氧化物;1886年德國(guó)人阿貝(E.Abbe)及肖特(O.Schott)合作研究試制，擴(kuò)大了光學(xué)玻璃光性范圍，建立了聞名世界的德國(guó)耶那-肖特玻璃廠;20世紀(jì)40年代美國(guó)摩萊（G.M.Morey）：高n低v的鑭系玻璃;二戰(zhàn)后德、日、美等：低n低v的氟磷酸鹽玻璃（FK,PK），低n高v的鈦火石玻璃（TiF）和色散玻璃（KzF,KzFS）;60年代：紅外玻璃和激光玻璃近代：光學(xué)功能材料，如電光材料、磁光材料、聲光材料。二、光學(xué)晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的各向異性：特殊光性：雙折

4、射、旋光現(xiàn)象。在外場(chǎng)作用下：具有很強(qiáng)的電光、聲光和非線性光學(xué)效應(yīng)。發(fā)展史：也是較早被人類(lèi)利用的光學(xué)材料19世紀(jì)中葉：冰洲石、水晶等材料已被制成光學(xué)元件;20世紀(jì)50年代：紫外和紅外光學(xué)儀器元件以及可見(jiàn)光的復(fù)消色差鏡頭;60年代初：激光晶體，目前已超過(guò)200個(gè)品種。三、光學(xué)纖維是指直徑5～100μm的玻璃(或晶體)細(xì)絲。導(dǎo)光纖維：被利用的是它的能量功能。發(fā)展比較早，1951年就出現(xiàn)了醫(yī)用玻纖(胃鏡等），后又出現(xiàn)了多根導(dǎo)光纖維捆在一起用來(lái)傳輸光能(傳光束)和傳送圖像(傳像束)，在醫(yī)學(xué)、照明、計(jì)量、加工等獲得實(shí)際應(yīng)用。導(dǎo)光纖維內(nèi)部光耗損較大,較短距離(幾米至幾十米)內(nèi)以

5、光能量傳輸.光導(dǎo)纖維：光通信纖維，被利用的是它的信息功能;20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的低損耗光纖（20dB/km），在遠(yuǎn)距離(幾公里、幾十甚至幾百公里)傳輸光信息，要求光纖中的光傳輸損耗極小。現(xiàn)在光導(dǎo)纖維的光損耗已經(jīng)降低到0.2dB/km。四、光學(xué)薄膜薄膜在光學(xué)上的最早應(yīng)用：光學(xué)零件表面的保護(hù)膜光學(xué)介質(zhì)薄膜：高反射膜：金屬(Au、Ag、Al)的反射率為90～97%，全電介質(zhì)的反射率可達(dá)99.5%以上。增透膜：?jiǎn)螌颖砻娣瓷渎式档椭?%;雙層表面反射率可進(jìn)一步降至0.05%。干涉濾光片：干涉效應(yīng)只允許某一波長(zhǎng)的光透過(guò)，獲得“純”單色光。偏振膜：獲得偏振度達(dá)98%以上的偏

6、振光。光學(xué)功能薄膜：能量轉(zhuǎn)換：光電轉(zhuǎn)換材料。信息技術(shù)：光存儲(chǔ)介質(zhì)。集成光學(xué)：光電器件集成化，光通信和光計(jì)算機(jī)。光學(xué)薄膜的淀積方法：熱蒸發(fā)和濺射兩種。五、光學(xué)塑料有機(jī)高分子聚合物。優(yōu)點(diǎn)：制造成本低;色散比同折射率的玻璃高;紫外與紅外的透過(guò)性能也相當(dāng)好。缺點(diǎn)：熱膨脹系數(shù)高;光學(xué)常數(shù)選擇范圍較窄;硬度低，易劃痕或磨毛，因此應(yīng)用范圍受到了限制應(yīng)用歷史較早：第二次世界大戰(zhàn)：制成的光學(xué)零件已應(yīng)用望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)和放大鏡。近幾年來(lái)：塑料眼鏡片、棱鏡、電視機(jī)前的菲涅耳透鏡普通光學(xué)材料與新型光學(xué)材料普通光學(xué)材料：是指常用的光學(xué)介質(zhì)材料。如在可見(jiàn)光范圍里用作透鏡、棱鏡、窗口等的光學(xué)玻璃

7、和光學(xué)晶體。新型光學(xué)材料：是指為適應(yīng)紅外、激光、信息、空間等新興技術(shù)的需要而發(fā)展起來(lái)的各種光學(xué)功能材料和具有特殊光學(xué)性能的光介質(zhì)材料。如激光材料、電光材料、聲光材料、非線性光學(xué)材料、光信息存儲(chǔ)材料、光導(dǎo)纖維以及高功率紅外與紫外窗口材料。第二節(jié)光學(xué)玻璃2.1光學(xué)玻璃概況2.2無(wú)色光學(xué)玻璃2.3有色光學(xué)玻璃2.4特種光學(xué)玻璃2.5光學(xué)玻璃的制造2.1、光學(xué)玻璃概況一、結(jié)構(gòu)及特性主要成分：二氧化硅（SiO2），又名石英砂。機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)小，但熔點(diǎn)太高（1700℃以上）。由多種氧化物組成。構(gòu)成玻璃主體（網(wǎng)絡(luò)體）：AO2、A2O3和A2O5型，如B2O

8、3、AS2