红外光学玻璃与红外晶体材料光学特性

光学原材料光学的原材料主要包括：1. 光学玻璃：包括有色光学玻璃、激光玻璃、石英光学玻璃、抗辐射玻璃、紫外红外光学玻璃、纤维光学玻璃、声光玻璃、磁光玻璃和光变色玻璃等。

2. 光学晶体：卤化物单晶，如氟化物单晶，溴、氯、碘的化合物单晶，铊的卤化物单晶等。

还有氧化物单晶，如蓝宝石（Al2O3）、水晶（SiO2）、氧化镁(MgO）和金红石（TiO2）等。

此外，制作透镜等光学元件的原材料包括石英、钠玻璃和钛酸锶等。

其中，石英透镜的优点在于防腐性强，可用于制作紫外线光学仪器。

钠玻璃透镜价格较低，适用于制作低成本光学仪器。

钛酸锶透镜的优点在于色散极小。

分析：光学原材料是制造各种光学元件的基础，其质量和性能直接影响到光学元件的质量和性能。

这些原材料包括各种玻璃、晶体、涂层材料等，下面将分别介绍它们的特点和作用。

首先是光学玻璃，它是制造各种透镜、棱镜、窗口等元件的主要材料。

光学玻璃具有高透明度、高折射率、低色散等特点，能够有效地传输和聚焦光线，使得光学元件能够发挥出最佳的性能。

此外，光学玻璃还具有优异的机械性能和化学稳定性，能够承受各种恶劣环境的影响，长期保持稳定的光学性能。

其次是光学晶体，它是制造激光器、光放大器、光调制器等元件的关键材料。

光学晶体具有优异的激光性能和光学性能，能够实现高效的光学放大和调制，是光通信、光存储、光谱分析等领域的重要原材料。

此外，光学晶体还具有优异的热学性能和机械性能，能够承受高功率激光的照射和机械应力的影响，保持长期稳定的性能。

最后是涂层材料，它是制造各种光学薄膜、滤光片、反射镜等元件的重要材料。

涂层材料具有不同的光学性质和物理性质，能够实现反射、透射、吸收、偏振等各种光学效果，扩展了光学元件的应用范围。

同时，涂层材料还具有优异的附着力和耐久性，能够长期保持稳定的性能。

综上所述，光学原材料是制造各种光学元件的关键基础，其质量和性能对光学元件的质量和性能有着至关重要的影响。

随着科技的不断发展，对光学原材料的要求也越来越高，需要不断研究和开发新的材料和技术，以满足不断增长的市场需求。

常用红外光学材料及其加工技术申卫江【期刊名称】《《科技视界》》【年(卷),期】2019(000)015【总页数】3页(P147-149)【关键词】红外光学材料; 特性; 晶体; 光学元件; 加工【作者】申卫江【作者单位】云南国防工业职业技术学院云南昆明 650500【正文语种】中文【中图分类】TJ765.3310 引言红外技术的研究及其应用，已成为现代光学技术发展的一个重要方向，而其发展的水平主要取决于红外光学材料和红外探测器的水平。

红外光学材料是指在红外热成像仪、红外导引头等红外光学仪器中用于制造透镜、棱镜、窗口、滤光片、整流罩等光学元件的一类材料，这些材料具备满足需要的光学性能和理化性质，即具有良好的红外透明性与较宽的透明波段，并具有良好的加工性能，可方便制作成形状各异、精度较高的光学元件。

红外光学材料不可能在整个红外波段0.76~750μm均具有良好的透过率，它只能在某一红外波段内，具有一定的透过能力。

另外，由于红外光线在大气中传播时，在1~3μm、3~5μm和8~14μm波段的衰减最小，所以，这三个波段也被称为红外光线的“大气窗口”。

目前国内外红外光学材料发展的重点也主要是适用于这三个“窗口”的光学材料。

针对不同红外光学材料的物理、化学性质，以及所要加工的光学元件的形状、要求等，选择适合的加工方法，具有非常重要的意义。

目前红外光学材料的加工方法主要有古典法、单点金刚石切削法、数控研抛法等，这些加工方法各有其特点和适用范围。

本文将结合现行生产和技术状况，就目前常用红外光学材料的基本性质，及其相应的加工方法作一简要介绍，以达到抛砖引玉的作用。

1 红外光学材料的分类红外光学材料主要分为玻璃、塑料和晶体三大类。

1.1 红外光学玻璃传统的红外光学玻璃有光学石英玻璃、铝酸钙玻璃和高硅氧玻璃三种。

他们具有较高的光学均匀性，能满足大尺寸高精度零件的要求，机械强度较高，化学稳定性好，熔炼和加工容易，成本低，在近红外和中红外波段得到一定程度的应用。

红外物理特性及应用实验波长范围在0.75~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。

对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。

对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。

【实验目的】1、 了解红外通信的原理及基本特性。

2、 了解部分材料的红外特性。

3、 了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。

4、 了解红外发射管的角度特性。

5、 了解红外接收管的伏安特性。

【实验原理】 1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。

不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。

载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。

能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。

通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。

红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。

红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。

2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：Lo I I e α-= （2）上式中L 为材料的厚度。

材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。

普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。

红外物理特性及应用实验波长范围在~1000微米的电磁波称为红外波，对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。

对原子与分子的红外光谱研究，帮助我们洞察它们的电子，振动，旋转的能级结构，并成为材料分析的重要工具。

对红外材料的性质，如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究，为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。

【实验目的】1、 了解红外通信的原理及基本特性。

2、 了解部分材料的红外特性。

3、 了解红外发射管的伏安特性，电光转换特性。

4、 了解红外发射管的角度特性。

5、 了解红外接收管的伏安特性。

【实验原理】 1、红外通信在现代通信技术中，为了避免信号互相干扰，提高通信质量与通信容量，通常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。

不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。

载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要互相干扰。

能够用作无线电通信的频率资源非常有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。

通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。

红外波长比微波短得多，用红外波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的，红外通信就是用红外波作载波的通信方式。

红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。

2、红外材料光在光学介质中传播时，由于材料的吸收，散射，会使光波在传播过程中逐渐衰减，对于确定的介质，光的衰减dI 与材料的衰减系数α ，光强I ，传播距离dx 成正比：dI Idx α=- （1）对上式积分，可得：Lo I I e α-= （2）上式中L 为材料的厚度。

材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的，不同的波长衰减系数不同。

普通的光学材料由于在红外波段衰减较大，通常并不适用于红外波段。

红外光学玻璃屈服强度
红外光学玻璃是一种专门用于红外光学系统的材料，具有优异的透射性能和热学特性。

关于红外光学玻璃的屈服强度，我们需要从多个角度来进行讨论。

首先，屈服强度是指材料在受到外部力作用下产生塑性变形或破坏的能力。

对于红外光学玻璃这样的材料，其屈服强度通常取决于材料的制备工艺、化学成分和晶体结构等因素。

一般来说，红外光学玻璃的屈服强度相对较高，能够承受一定程度的外部力作用而不发生塑性变形或破坏。

其次，红外光学玻璃的屈服强度还受到温度的影响。

由于红外光学系统通常在高温环境下工作，因此材料的热学性能对其屈服强度至关重要。

在高温下，材料的屈服强度可能会发生变化，这需要在实际应用中进行充分考虑。

此外，红外光学玻璃的屈服强度还可能受到表面处理和加工工艺的影响。

例如，材料的抛光质量、表面处理方式以及加工工艺对其屈服强度都会产生一定的影响。

因此，在制备和加工红外光学玻璃的过程中，需要采取合适的措施来保证材料的屈服强度达到预期
的要求。

综上所述，红外光学玻璃的屈服强度是一个综合性能指标，受
到多种因素的影响。

在实际应用中，需要综合考虑材料的制备工艺、化学成分、热学特性、表面处理和加工工艺等因素，以确保其在红
外光学系统中能够发挥良好的性能。

中红外光学材料及应用技术中红外光学材料是指在中红外波段（2μm-20μm）中能够传播光波并承受高功率激光束的材料。

这类材料由于在可见光范围内透过率底，吸收系数高，难以发生非线性效应而被称为“光学玄学”。

目前，中红外光学材料具有广泛的应用价值，比如制作中赤外激光器材料、制作中红外透镜和反射镜、制作晶体声光调制器和中红外光电控制器等。

中红外材料的种类和特点中红外材料种类较多，主要包括：ZnSe、ZnS、GaAs、Ge、Si、Cu2O、AgCl、AgBr、NaCl等。

这些材料在中红外波段中具有不同的优缺点。

ZnSe是中红外区域内普遍使用的材料之一，它具有精确的切割能力、高透明度、优异的激光光学特性以及较低的散射和吸收率。

ZnS比ZnSe价格便宜，但其晶体容易受潮、降解，使用不太稳定。

Ge是一种中红外光学玻璃，它透过范围较宽，透过率高，但散射和吸收仍然较高，成本也比ZnSe和ZnS高。

Cu2O是一种半导体材料，具有很好的中红外区域传输性和吸收性能，但其折射率较小，只适合用作厚度较大的光学元件。

AgCl和AgBr透光率很高，但不稳定，随着时间的推移，透明度逐渐下降，应用受到限制。

NaCl在中红外波段中具有良好的透射性，但在加工和使用过程中极易被水分和油脂污染，容易出现裂纹。

中红外材料的应用之一是制作中红外激光器材料。

ZnSe和ZnS材料在中红外波段都有较高的折射率和透过率，因此特别适合用于制作中红外激光器。

利用Nd:YAG和CO2激光，可以在这些材料上生长高质量的中红外激光材料。

中红外透镜和反射镜的制作也是中红外材料的主要应用。

透镜和反射镜是中红外光学系统中的重要组成部分，直接影响光路的传输质量和成像效果。

利用大功率CO2激光器将ZnSe或ZnS板材后加工成透镜或反射镜，可以获得优异的成像效果和较高的耐热性能。

中红外晶体声光调制器和光电控制器是应用中红外材料的另一重点方向。

这些组件可用于光电通信、医疗、天文和军事领域。

光学材料特性光学材料特性表:有色玻璃牌号无色光学玻璃类型光学晶体主要性能参数常用光学塑料-聚甲基丙烯甲酯PMMA密度（kg/m3）: （1.17 〜1.20）x 10E3nD v：1.49 57.2 〜57.8透过率（％）: 90〜92吸水率（％）: 0.3〜0.4玻璃化温度：10E5熔点（或粘流温度）：160〜200马丁耐热：68热变形温度：74〜109（4.6 x 10Pa） 68 〜99（18.5 x 10Pa）线膨胀系数：（5〜9）x 10E-5计算收缩率（％）: 1.5〜1.8比热J/kgK : 1465导热系数W/m K 0.167〜0.251燃烧性m/min :慢耐酸性及对盐溶液的稳定性：出强氧化酸外，对弱碱较稳定耐碱性：对强碱有侵蚀对弱碱较稳定耐油性：对动植物油，矿物油稳定耐有机溶剂性：对芳香族，氯化烃等能溶解，醇类脂肪族无影响日光及耐气候性：紫外透过滤73.5%常用光学塑料-苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物密度（kg/m3）: （1.12 〜1.16）x 10E3nD v：1.533 42.4透过率（％）: 90吸水率（％）: 0.2玻璃化温度：熔点（或粘流温度）：马丁耐热：＜60热变形温度：85〜99 （18.5 x 105Pa）线膨胀系数：（6〜8）x 10E-5计算收缩率（％）:比热J/kgK :导热系数W/m K 0.125〜0.167燃烧性m/min :慢耐酸性及对盐溶液的稳定性：除强氧化酸外，对酸盐水均稳定耐碱性：对强碱有侵蚀，对弱碱较稳定耐油性：对动植物油，矿物油稳定耐有机溶剂性：对芳香族，氯化烃等能溶解，醇类脂肪族无影响日光及耐气候性：紫外透过滤73.5%常用光学塑料-聚碳酸酯PC密度(kg/m3) : 1.2 x 10E3nD v：1.586(25) 29.9透过率(％): 80〜90吸水率(％): 23CRH50% 0.15 水中0.35玻璃化温度：149熔点(或粘流温度)：225〜250(267)马丁耐热：116〜129热变形温度：132 〜141(4.6 x 105Pa) 132138(18.5 x 105Pa)线膨胀系数：6X 10-5计算收缩率(％) : 0.5〜0.7比热J/kgK : 1256导热系数W/m K 0.193燃烧性m/min :自熄耐酸性及对盐溶液的稳定性：强氧化剂有破坏作用，在高于60水中水解，对稀酸，盐，水稳定耐碱性：强碱溶液，氨和胺类能腐蚀和分解，弱碱影响较轻耐油性：对动物油和多数烃油及其酯类稳定耐有机溶剂性：溶于氯化烃和部分酮，酯及芳香烃中，不溶于脂肪族，碳氢化合物，醚和醇类日光及耐气候性：日光照射微脆化常用光学塑料-烯丙基二甘碳酸酯CR39密度(kg/m3) : 25 1.32 x 10E3nD v：1.498 53.6 〜57.8透过率(％): 92吸水率(％): 0.2 24h 25 玻璃化温度：熔点（或粘流温度）：马丁耐热：热变形温度：8X 10-5（-40 〜+25）11.4 X10-5（25 〜75）14.3 X10-5（75 线膨胀系数：计算收缩率（％）:比热J/kgK :导热系数W/m K燃烧性m/min:耐酸性及对盐溶液的稳定性：耐碱性：耐油性：耐有机溶剂性：日光及耐气候性：常用光学塑料-苯乙烯-丙烯腈共聚物AS密度（kg/m3）: （1.075 〜1.1）X 10E3nD v：1.498 53.6 〜57.8透过率（％）: 92吸水率（％）: 0.2 〜0.3 24h玻璃化温度：熔点（或粘流温度）：马丁耐热：热变形温度：线膨胀系数：3.6 X 10E-5计算收缩率（％）:比热J/kgK :导热系数W/m K燃烧性m/min:耐酸性及对盐溶液的稳定性：耐碱性：耐油性：耐有机溶剂性：日光及耐气候性：略变黄常用光学塑料-苯乙烯-丁二烯-丙烯酯ABS密度(kg/m3) : (1.02 〜1.16) x 10E3nD v：透过率(％):吸水率(％): 0.2 〜0.4 24h玻璃化温度：熔点(或粘流温度)：130〜160马丁耐热：63热变形温度：90〜108(4.6 x 105Pa) 83 〜103(18.5 x 105Pa)线膨胀系数：7.0 x 10E-5计算收缩率(％) : 0.4〜0.7比热J/kgK : 1381 〜1675导热系数W/m K 0.173〜0.303燃烧性m/min :慢耐酸性及对盐溶液的稳定性：对酸，水，无机盐几乎没有影响，在冰醋酸中会引起应开裂耐碱性：耐碱性能良好耐油性：对某些植物油会引起应力开裂耐有机溶剂性：在酮，醛，酯以及有些氯化烃中要溶解，长期接触烃类会软化和溶涨日光及耐气候性：比聚苯乙烯好。

红外透镜材料
红外透镜材料是指在红外光谱范围内具有良好透射性能的材料，通常用于红外
光学系统中的透镜制造。

红外透镜材料的选择对于红外光学系统的性能具有重要影响，因此对于红外透镜材料的研究和应用一直备受关注。

首先，红外透镜材料需要具有良好的透射性能。

在红外光谱范围内，材料的透
射率是衡量其性能的重要指标之一。

良好的透射性能可以保证光学系统的传输效率，同时也能够减小光学系统中的能量损耗，提高系统的性能表现。

其次，红外透镜材料需要具有良好的热学性能。

在红外光学系统中，由于红外
光谱范围内的光子能量较高，因此材料需要具有良好的耐高温性能，以保证在高能量光子的作用下不会发生材料的热变形或者热损伤，从而保证光学系统的稳定性和可靠性。

另外，红外透镜材料还需要具有良好的机械性能。

在实际的应用中，透镜往往
需要承受一定的机械载荷，因此材料需要具有足够的硬度和强度，以保证在外力作用下不会发生破裂或者变形，从而保证光学系统的长期稳定运行。

此外，红外透镜材料的选择还需要考虑到其加工性能。

由于透镜制造通常需要
进行精密加工，因此材料需要具有良好的加工性能，以便于实现复杂形状的加工和精度要求较高的加工工艺。

在红外透镜材料的选择中，常用的材料包括硫化锌、硫化铟、硫化镉、氟化钙等。

这些材料在红外光学系统中具有广泛的应用，同时也在红外技术领域中发挥着重要的作用。

总的来说，红外透镜材料的选择需要考虑其透射性能、热学性能、机械性能和
加工性能等多个方面的因素。

通过合理的选择和设计，可以实现红外光学系统的优良性能，推动红外技术的发展和应用。