光学材料简介.ppt

光学材料 光学材料 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。 光学塑料零件比光学玻璃零件、光学塑料零件成本要低得多。 光学玻璃 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。 玻璃态物质的物理通性 光学玻璃 关于玻璃结构的两种假说 晶子假说 光学玻璃 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个系列。 按照其折射率nd和色散系数vd又分为18各种类，每个种类有相应的名称，符号和化学成分。 有色光学玻璃 有色光学玻璃接着色剂的种类不同，可分为： 硒镉着色玻璃 离子着色的选择性吸收玻璃 离子着色的中性玻璃。 光学玻璃 硒镉玻璃的着色剂是胶体状态的硒化镉(CdSe)和硫化镐(CdS)．它们以不向的比例外入破璃中，由于胶体粒子对光的选择吸收，可以得到黄色(JB)、橙色(CB)、红色(HB)玻璃。 当着色剂以离子状态存在于玻璃中时，这类玻璃就称为离子着色玻璃。离子着色剂主要是钴、镍、铜、锰、铬、铀、钛、钼等的氧化物。根据玻璃的成分和着色剂的氧化程度、数量和种类、形成对光的选择性吸收。 光学玻璃 特种光学玻璃 光学石英玻璃 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； 2．热膨胀系数小，所以尺寸稳定性好； 3．耐热性好，可经受高温不软化； 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； 7．化学稳定性好。 光学玻璃 防辐照光学玻璃 对射线有较大吸收能力的光学玻璃。 （1）防γ射线玻璃 通过光电效应、康普顿效应、电子对形成和散射等而衰减。 材料对γ射线的吸收能力常用质量衰减系数衡量，随光子能量的增加而减小。 光学玻璃 防γ射线玻璃含有大量高质量吸收系数的Bi2O3、W2O3、PbO等氧化物。使用最广的是含少量碱金属氧化物的高氧化铝硅酸盐或硼硅酸盐玻璃。典型牌号ZF6重火石玻璃，其PbO质量含量约66%。 （2）防X射线玻璃 X射线在玻璃中的衰减比γ射线的大，常用PbO含量较低的ZF2重火石玻璃。电离辐照常在玻璃中心形成色心，出现着色现象。 （3）防中子玻璃 通过对慢中子和热中子俘获使其达到衰减。玻璃中含有大量Ba2O3、CdO、稀土氧化物等具有高吸收截面的氧化物。 光学玻璃 常用的防中子玻璃是CdOB2O3系统吸收热中子玻璃。为改善化学稳定性和物理性能，可添加适量SiO2、Al2O3。若要求在吸收热中子的同时吸收中子反应过程中所产生的γ射线，可引入PbO。 光学玻璃 耐辐照光学玻璃 耐辐照光学玻璃是指经γ射线、X射线辐照后，可见区透过率下降较小的光学玻璃。 玻璃在电离辐照下产生电子和空穴，与玻璃中的缺陷形成色心。含变价阳离子的玻璃中还出现价态的变化，形成新的吸收带。加入铈(Ce)离子能防止这种现象出现，Ce3+俘获空位，Ce4+俘获电子。当铈离子的浓度达到一定量级时，就会将玻璃网络中的空穴和电子俘获过来。此时铈离子的吸收带都在近紫外区，而对可见区得透过率影响较小。 光学玻璃 紫外光学石英玻璃 在紫外光和可见光谱范围内透明，通常在180nm～1200nm波段透过率大于80%的一种光学玻璃。按照透光性质紫外石英玻璃可分为Ⅱ型(ZS-2)和Ⅲ型(ZS-1)两种。 紫外透过性能主要取决于石英玻璃种的金属杂质离子的含量。 ZS-1，金属杂质离子含量低，无吸收、无荧光，红外透过性能差。以四氯化硅为原料，在氢氧火焰中沉积而成。 Zs-2，金属杂质离子含量高，在245nm处存在吸收峰，远紫外段透过率降低，一定波长下产生浅蓝色荧光。以高纯度水晶粉料为原料，在氢氧火焰中熔制而成。 光学玻璃 红外光学石英玻璃 在红外和可见光谱区透明，在1μm～3.5 μm波区透过率大于80%的光学石英玻璃。 具有良好的红外透过性能，含2×10-5～5×10-5的金属杂质离子，紫外透过能力较差。存在较多氧缺位，在254nm波长处出现较强吸收峰。在253.7nm紫外光激发下，产生蓝紫