Opticheskie_materialy3

Оптические ситаллы

Ситалл – это закристаллизовавшееся стекло. Название образовано из частей слов «Стекло и крИСТАЛЛ». Отечественные ситаллы были получены в 1958 г. Ситаллы являются поликристаллическими материалами с очень мелкими равномерно распределенными по объему кристалликами, сросшимися друг с другом или соединенными прослойками остаточного стекла. Если размер единичного кристалла меньше длины волны света, материал остается оптически прозрачным. В прозрачных ситаллах величина кристаллов ~ 0,1 мкм, в непрозрачных ~ 1 5 мкм. Содержание кристаллической фазы в оптических ситаллах составляет 75%.

Обычно ситалл окрашен в желтоватый цвет, фиолетовую часть спектра пропускает слабо, в видимой области из-за окислов железа и титана светопоглощение достигает 10 15%.

Ситаллы обладают высокой химической устойчивостью, высокой температурой размягчения. Они могут быть тверже высокоуглеродистой стали и легче алюминия.

Ситаллы

Ситаллы применяют для изготовления деталей интерферометров, зеркал крупных телескопов. В области лазерной техники из ситаллов изготовляют отражатели квантронов твердотельных лазеров с оптической ламповой накачкой, т.к. ситаллы хорошо задерживают УФ излучение (снижающее КПД лазера) ламп накачки и имеют отличные

термические свойства.

Оптические кристаллы

Преимущества кристаллов по сравнению со стеклами: больший диапазон значений показателя преломления, больший диапазон спектральной прозрачности, большой коэффициент средней дисперсии, анизотропия.

Недостатки: низкая твердость, неоднородность,

гигроскопичность и растворимость, трудность и дороговизна выращивания, ограниченные размеры, ядовитость некоторых кристаллов.

Оптические кристаллы

К ряду материалов, частично удовлетворяющим перечисленным выше требованиям, относятся:

•щелочно-галоидные кристаллы KCl, NaCl, CaF2, LiF, BaF2;

•тугоплавкие монокристаллы Si, Ge, Al2O3;

•полупроводниковые соединения ZnSe, CdTe, GaAs;

•монокристаллические растворы на основе солей таллия, известные под шифрами КРС-5 и КРС-6 (от немецкого Kristalle aus dem Schmelzfluss);

•оптическая керамика типа КО-3 (на основе CaF2), КО-4 (на основе ZnSe), КО-6 (на основе CdTe).

Эффективность применения того или иного кристалла

определяется отдельно для каждого конкретного случая.

Оптические монокристаллы

Хлористый калий (сильвин) (KCl)

прозрачен в интервале спектра 0.3 21 мкм, оптически изотропен, применяется для изготовления оптических элементов, работающих в ближнем УФ-, видимом и ИКдиапазонах.

KCl широко применяется для изготовления конденсорных линз УФ-микроскопов, для дисперсионных призменных элементов и окон в ИК спектральной аппаратуре. Прозрачность KCl в видимой области спектра облегчает юстировку оптических систем, использующих этот материал. Кристаллы KCl применяют также для изготовления плоских и сферических элементов оптических систем технологических ИК-лазеров (особенно CO2-лазеров).

Спектральный коэффициент пропускания полированной пластины из KCl толщиной 12 мм составляет 0.9, начиная с УФ области спектра, и сохраняет это значение примерно до 17 мкм.

Оптические монокристаллы

Хлористый натрий (каменная соль) (NaCl)

Природный материал известен под названием галита, каменной соли, поваренной соли.

Оптически прозрачен в интервале спектра 0,25 18 мкм,

оптически изотропен,

сравнительно дешев,

показатель преломления, – 1,49 ( =10.6 мкм).

Область применения – та же, что и у KCl.

Спектральный коэффициент пропускания полированной пластины из NaCl толщиной 1мм составляет 0,95 в УФ области спектра и плавно спадает до 0,2 при 25 мкм.

Оптические монокристаллы

Фтористый кальций (флюорит, плавиковый шпат) (CaF2 )

Материал оптически изотропен, но резко выражена анизотропия механических свойств. Цвет чаще всего белый, фиолетовый или зеленый.

Область оптической прозрачности CaF2 составляет 0,125 12 мкм. Используется как и кристаллы NaCl и KCl, в оптическом приборостроении для элементов УФ- и ИК-микроскопов, для окошек

идиспергирующих призм в УФ-

иИК-спектроскопии (до 9 мкм).

Показатель преломления, n

– 1,316 ( =9.43 мкм).

Спектральный коэффициент пропускания полированной пластины

из CaF2 толщиной 5 мм имеет три максимума: 1-ый - от 0.3 до 2 мкм (0.98), 2-ой от 4 до 5 мкм (0.96)

и 3-ий в области 8-ми мкм (0.9).

При этом минимальное пропускание в области между крайними максимумами составляет 0.85.

Оптические монокристаллы

Фтористый литий (LiF)

Является дорогостоящим, сложно выращиваемым кристаллом. Область оптической прозрачности LiF по сравнению с другими кристаллами наиболее сдвинута в УФ (менее 0,11 мкм). В ИК-области спектра прозрачен до 6 мкм.

LiF имеет малую дисперсию, что позволяет разрабатывать на его основе оптические системы с улучшенным исправлением аберраций.

Спектральный коэффициент пропускания полированной пластины из LiF толщиной 5 мм составляет 0.8 начиная с 0.2 мкм и сохраняет это значение примерно до 4 мкм.

Оптические монокристаллы

Фтористый барий (BaF2) –

синтетический монокристаллический материал, имеющий кубическую симметрию. Бесцветный.

Область оптической прозрачности при использовании особо чистых исходных материалов – от 0,23 до 15 мкм.

Фтористый барий использоваться в связи с развитием СО2- лазеров. Несмотря на относительно высокое поглощение при длине волны 10,6 мкм (спектральный коэффициент пропускания полированной пластины толщиной 5 мм составляет ~ 0.8 ), материал имеет высокую лучевую прочность.

Прозрачность в видимой области спектра облегчает юстировку СО2-лазеров. Кроме того материал обладает высокой химической устойчивостью к воздействию рабочих смесей этих лазеров (CO2, D2, F2, O2, He).

С добавками редкоземельных элементов является активным материалом твердотельных лазеров.