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透射光学材料的介绍

更新时间:2023-06-08 点击次数:733
  光学成像要通过光学零件的折射和反射来实现,决定一种材料能否用来制造光学零件,要看它对要求成像的波段是否透明,或者在反射的情况下是否具有足够高的反射率。
 
  对于透射光学零件来说,透射材料的特性除了透过率之外,还有它对各种特征谱线的折射率,其中以D或d线的折射率nD或nd以及F线和C线的折射率差nF-nc作为其主要的光学性能参数,这是因为F线和C线接近人眼光谱灵敏极限的两端,而D线或d线在其中间,接近人眼灵敏的波长,nd称为平均折射率,nF-nc称为平均色散。此外,将ϑd=(nd-1)/(nF-nc)称为阿贝常数或平均色散系数,任意一对谱线的折射率差,如ng-nF称为部分色散;部分色散和平均色散的比值称为部分色散系数或相对色散。另外透射光学材料还应有高度的光学均匀性,化学稳定性和良好的物理性能,同时在材料中不应有明显的气泡,条纹和内应力等缺陷。这些都对光学成像有缺陷。
 
  透射光学零件应用的材料一般有光学玻璃,光学晶体以及光学塑料,其中又以光学玻璃使用最多。
 
  光学玻璃能透明的波段大约为0.35到2.5微米,在0.4微米以下时,已显示出对光的强烈吸收。光学玻璃可以分为冕牌和火石两大类,各大类又有好几种类,一般而言,冕牌玻璃的特征是低折射率低色散,火石玻璃是高折射率高色散。随着激光技术和光探测技术的不断发展,各种激光光学系统和红外光学系统以及其他应用特定波长的光学系统越来越多,由于这些光学系统的应用波段不一定式可见光波段,像差校正的时候选择的波长一般不同于前述特征谱线的波长,有必要利用公式求知玻璃对任意波长的折射率。可以有多种色散公式来计算玻璃对任意波长的折射率,常用的是德国的Schott玻璃厂提出的色散公式,即n2= A0+ A1 λ2+ A2 λ-2+ A4 λ-4+ A6 λ-6
 
  利用这一公式计算折射率,在波长为400~750纳米内,可达±3×10-6精度,在365~400和750~1014纳米内可达±5×10-6精度。
 
  光学晶体也是重要的透射材料,有些晶体的透明波段很宽,性能特异,有很多方面的应用。另外由于部分光学晶体呈现明显的各向异性,对入射光会产生双折射,限制了它们在成像系统中的应用。
 
  光学塑料目前也已普遍应用于许多光学仪器中,由于塑料镜片可由模压而得,所以生产率高,成本很低,同时塑料镜片还具有重量轻,耐冲击性好等优点。光学塑料的缺点是其内部透过率比玻璃要低,热膨胀系数和折射率的温度系数较光学玻璃大得多,其折射率随环境的变化比玻璃要大数倍到数十倍。

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