一、常用的光学材料主要有以下类型:

 

1、光学玻璃:最常用:冕牌玻璃(国内牌号:H-K9L,国外牌号:N-BK7),另有火石玻璃等光学玻璃;

2、红外材料:红外熔石英、宝石硅、氟化钙、氟化镁、硒化锌、锗等

3、紫外材料:紫外熔石英、氟化钙、氟化镁等

4、晶体材料:石英晶体、a-BBO、冰州石、YVO4、铌酸锂

 

二、各材料简介

 

材料

特点

传输范围

N-BK7

N-BK7为硼硅冕牌玻璃,符合RoHS标准,为硬质玻璃,可承受多种物理和化学刺激,很适合制造精密透镜,为高品质光学元件最常用的光学玻璃。

0.35-2.0μm

H-K9L

K9为最常用的光学材料基底材料,具有优良的机械性能和非常低的气泡,纯净度高,良好的抗划伤性,化学性能稳定。

0.33-2.1μm

紫外熔融石英 (UVFS)

紫外级熔融石英在深紫外区域提供高透过率,为紫外至近红外波段应用的理想选择。此外,紫外熔融石英比N-BK7/K9材料具有更低的折射率和更好的均质性,热膨胀系数小,适用温度要求较高的场合。

0.185-2.1μm

氟化钙(CaF)

氟化钙光学基底,高机械和环境稳定性,具有较低的折射率,它具有高损伤阈值、低荧光和高均质性,非常适合具有这些需求的严苛应用,如:准分子激光器、光谱学、制冷热成像应用。

0.17-7.8μm

氟化钡(BaF)

氟化钡的性质类似于氟化钙,更耐高能量辐射,但易水致损伤,500℃遇水,性能明显下降,干燥环境可在800℃以内使用,操作BaF必须配套手套,且结束后彻底清洁双手。

0.2-11µm

氟化镁(MgF)

氟化镁晶体是一种正双折射晶体,具有极高的抗机械和抗热冲击和辐射的性能,坚固耐用,很适合高应力环境使用,多用于制作光学棱镜,透镜,窗口和其它各种光学元件,应用于机械视觉、显微镜和工业等应用

0.2-6.0µm

硒化锌(ZnSe)

硒化锌具有较宽透射带,在红外波段有良好的成像特性和热冲击特性,低吸收度,常用于将CO激光器(工作于10.6 µm)与氦氖激光器相结合的光学系统中,ZnSe非常柔软,易划痕,操作ZnSe必须配套手套,且结束后彻底清洁双手。

0.6-16.0µm

硅 (Si)

近红外和部分中红外的理想选择,硅具有高的热导率和低密度,非常适合激光反射镜、量子级联激光器、成像、生物医学和军事应用,但在9μm处具有较强吸收带,所以不适合CO激光传输应用。

1.2-8.0µm

锗(Ge)

锗非常适用于远红外激光应用,该元素对空气、水、碱和酸(硝酸除外)具有惰性,透射性能对温度非常敏感,不透可见光,非常适合生物医学和军事成像应用,操作锗光学元件时必须佩戴手套,且结束后彻底清洁双手。

2.0-16µm

PTFE

聚四氟乙烯(白色PTFE),为塑料材料,PTFE在520GHz下具有较低介电常数,约1.96,因此插入损耗低,以及1.4的折射率,非常适合太赫兹波应用。

30µm-1.0mm

蓝宝石

宝石(AlO)是一种单轴晶体,硬度非常高,属于超硬材料。它具有优越的机械性能和非常宽的透光范围,常被用于对表面划痕要求较高的领域。蓝宝石具有化学惰性,在最高1000 °C时不溶于水、普通的酸和碱。

0.15-4.5μm

N-SF11

N-SF11为重火石玻璃,符合RoHS标准,高折射率、高色散、低阿贝数,非常适合高色散的可见光应用。

0.42-2.3µm

F2

F2为火石玻璃,高折射率和低阿贝数,这非常适合用于等边色散棱镜。相比于N-SF11,它的耐化学品性能更高,而且透过率略高。

0.385-2µm

N-F2

N-F2为火石玻璃,符合RoHS标准,与F2的光学特性几乎相同,在可见光和近红外光谱范围内具有出色的性能。它具有高折射率和低阿贝数,非常适合用于等边色散棱镜。

0.42-2µm

冰洲石(CaCO₃,碳酸钙)

又名方解石,是偏振光学元件中最常用的晶体基底。方解石为易受损的软晶体,因此方解石偏振器需安装金属外壳。通过方便的螺纹和转接器可将这些外壳安装到光机产品中。

0.3-2.3μm

溴化钾

具有机械稳定性。KBr通常用于红外光学窗片以及InGaAs和液体样品池。常见的应用包括红外和FTIR分光光度法。KBr质地柔软且具有吸湿性,因此应防止光学元件受到过多湿气(例如高湿度环境)的影响。

0.25-26µm

金红石

金红石(TiO2)的耐用性、高折射率和强双折射使之非常适合制造偏振器的基底。我们的金红石偏振器提供具有100,000:1消光比的极纯偏振光。

0.5-4.5µm

钒酸钇

钒酸钇(YVO4)是一种双折射,正单轴晶体,主要用于偏振光学元件。它具有高双折射和扩展到红外的宽透射范围,因此非常适合用作红外偏振器,YVO4晶体可以取代冰洲石和晶红石应用于光纤通信领域,是光通信无源器件如光隔离器、环形器、偏振分束器、偏振器中的关键材料。

0.488-3.4µm

a-BBO

α-BBO (α-偏硼酸钡,α-BaB2O4)为负单轴晶体,透光范围宽,双折射系数高,内部质量良好,吸收小,机械性能良好,损伤阈值高等众多优点,广泛应用于格兰棱镜偏振器、双折射偏振分束器等。

0.19-3.5µm

 

三、各材料参数表

 

材料

传输范围
Transmission Range

折射率
Index of 

Refractiona

热膨胀系数
Coefficient of Thermal Expansion

密度
Density

阿贝数
Abbe Number (Vd)

杨氏模量
Young's Modulus

泊松比
Poisson's Ratio

熔点
Melting Point

Change in Index of Refraction
with Temperature

NBK-7

350nm - 2.0µm

1.517(587.6nm)

7.1 x 10-6 /°C

2.51 g/cm³

64.17

82 GPa

0.206

550 °C

2.4 x 10-6 /°C

H-K9

0.33-2.1

1.5164(588nm)

7.5x 10-6 /°C

2.52g/cm³

64.06

       

紫外熔融石头英 

(UVFS)

0.185-2.1

1.4858(308nm)

0.55 x 10-6 /°C

2.20g/cm³

 

73.6 GPa

0.17

1585 °C

11.9 x 10-6 /°C

氟化钙(CaF₂)

0.17-7.8

1.399(5000nm)

18.85 x 10-6 /°C

3.18 g/cm³

95.31

75.8 GPa

0.26

1418 °C

-10.6 x 10-6 /°C

硒化锌

600nm-16.0µm

2.403 (10.6µm)

7.1 x 10-6 /°C

5.27 g/cm³

 

67.2 GPa

0.28

1520 °C

61 x 10-6 /°C

1.2-8.0µm

3.423(4.58µm)

4.50 x 10-6 /°C

2.33g/cm³

/

130.91 GPa

0.28

1690 °C

160 x 10-6 /°C

2.0-16µm

4.004

6.1 x 10-6 /°C

5.33 g/cm³

Not Defined

102.7 GPa

0.278

936 °C

277 x 10-6 /°C

氟化镁

(MgF₂)

200nm-6.0µm

ne=1.378
no=1.390

13.70 x 10-6 /°C (Parallel)
8.48 x 10-6 /°C (Perpendicular)

3.177 g/cm³

 

138.5 GPa

0.276

1255 °C

2.3 x 10-6 /°C (Parallel)
1.7 x 10-6 /°C (Perpendicular)

氟化钡

(BaF₂)

200nm-11.0µm

1.468(1064nm)

18.4 x 10-6 /°C

4.893 g/cm³

81.87

53.07 GPa

0.343

1368 °C

-15.2 x 10-6 /°C

蓝宝石

0.15-4.5

ne=1.747
no=1.754 Nd:YAG (1.064 µm)a

5.3 x 10-6 /°C (Parallel)
4.5 x 10-6 /°C (Perpendicular)

3.97 g/cm³

 

335 GPa

0.25

1800 °C

13.1 x 10-6/°C

N-F2

420nm-2µm

1.62(587.6nm)

7.8 x 10-6 /°C

2.65 g/cm³

36.43

82 GPa

0.228

569 °C

2.1 x 10-6 /°C

N-SF11

420nm-2.3 µm

1.785(587.6nm)

8.5 x 10-6 /°C

3.22 g/cm³

25.68

92 GPa

0.257

592 °C

0.1 x 10-6 /°C

方解石

300nm-2.3μm

ne = 1.480
no = 1.642

25 x 10-6 /°C (Parallel)
5.8 x 10-6 /°C (Perpendicular)

2.71 g/cm³

Abbe Number (Vd), Extraordinary 79.17
Abbe Number (Vd), Oridinary 4

88.19 GPa (Parallel)
72.35 GPa (Perpendicular)

0.85

825°C

3 x 10-6 /°C (Parallel)
13 x 10-6 /°C (Perpendicular)

F2

385nm-2µm

1.62

8.2 x 10-6 /°C

3.6 g/cm³

36.37

57 GPa

0.22

580°C

2.7 x 10-6 /°C

溴化钾

250nm - 26µm

1.525(10.6µm)

43 x 10-6 /°C

2.75 g/cm³

33.64

26.8 GPa

0.3

730 °C

-40.83 x 10-6 /°C

金红石

500nm - 4.5µm

ne = 2.734  Nd:YAG (1.064 µm)a
no = 2.482

9.2 x 10-6 /°C (Parallel)
7.1 x 10-6 /°C (Perpendicular)

4.25 g/cm³

Not Defined

/

0.28

1840°C

-0.42 x 10-6 /°C (Parallel)
-0.72 x 10-6 /°C (Perpendicular)

钒酸钇

488nm-3.4µm

no = 1.959
ne = 2.166
Nd:YAG (1.064µm)

11 x 10-6 /°C (Parallel)
4.4 x 10-6 /°C (Perpendicular)

4.23 g/cm³

 

133 GPa

 

1750 - 1940 °C

2.9 x 10-6 /°C (Parallel)
8.5 x 10-6 /°C (Perpendicular)

a-BBO

0.19-3.5

ne=1.533
no=1.673

36 x 10-6 /°C (Parallel)
4 x 10-6 /°C (Perpendicular)

3.85 g/cm³

56.18

39 GPa

0.58

1095°C

9.3 x 10-6 /°C (Parallel)
-16.6 x 10-6 /°C (Perpendicular)

 

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