مقدمة للمواد البصرية المشتركة

الخطوة الأولى في أي عملية تصنيع بصرية هي اختيار المواد البصرية المناسبة. المعلمات البصرية (معامل الانكسار، رقم آبي، النفاذية، الانعكاس)، الخصائص الفيزيائية (الصلابة، التشوه، محتوى الفقاعة، نسبة بواسون)، وحتى خصائص درجة الحرارة (معامل التمدد الحراري، العلاقة بين معامل الانكسار ودرجة الحرارة) للمواد البصرية كلها سوف تؤثر الخصائص البصرية للمواد البصرية. أداء المكونات والأنظمة البصرية. ستقدم هذه المقالة بإيجاز المواد البصرية الشائعة وخصائصها.
تنقسم المواد البصرية بشكل أساسي إلى ثلاث فئات: الزجاج البصري، والكريستال البصري، والمواد البصرية الخاصة.

01 الزجاج البصري
الزجاج البصري عبارة عن مادة متوسطة بصرية غير متبلورة (زجاجية) يمكنها نقل الضوء. يمكن للضوء الذي يمر عبره أن يغير اتجاه انتشاره ومرحلته وكثافته. يتم استخدامه بشكل شائع لإنتاج المكونات البصرية مثل المنشورات والعدسات والمرايا والنوافذ والمرشحات في الأجهزة أو الأنظمة البصرية. يتمتع الزجاج البصري بشفافية عالية وثبات كيميائي وتوحيد فيزيائي في الهيكل والأداء. ولها ثوابت بصرية محددة ودقيقة. في الحالة الصلبة ذات درجة الحرارة المنخفضة، يحتفظ الزجاج البصري بالبنية غير المتبلورة للحالة السائلة ذات درجة الحرارة العالية. من الناحية المثالية، فإن الخصائص الفيزيائية والكيميائية الداخلية للزجاج، مثل معامل الانكسار، ومعامل التمدد الحراري، والصلابة، والتوصيل الحراري، والتوصيل الكهربائي، ومعامل المرونة، وما إلى ذلك، هي نفسها في جميع الاتجاهات، وهو ما يسمى الخواص.
تشمل الشركات المصنعة الرئيسية للزجاج البصري شركة Schott من ألمانيا، وCorning من الولايات المتحدة، وOhara من اليابان، وشركة Chengdu Guangming Glass المحلية (CDGM)، وما إلى ذلك.

معامل الانكسار ومخطط التشتت

منحنيات معامل انكسار الزجاج البصري

منحنيات النفاذية

02. الكريستال البصري

تشير البلورة الضوئية إلى المادة البلورية المستخدمة في الوسائط البصرية. نظرًا للخصائص الهيكلية للبلورات الضوئية، يمكن استخدامها على نطاق واسع لصنع العديد من النوافذ والعدسات والمنشورات لتطبيقات الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. وفقا للهيكل البلوري، يمكن تقسيمها إلى بلورة واحدة ومتعددة البلورات. تتميز المواد البلورية المفردة بسلامة بلورية عالية ونفاذية للضوء، بالإضافة إلى فقدان منخفض للمدخلات، لذلك تستخدم البلورات المفردة بشكل أساسي في البلورات الضوئية.
على وجه التحديد: تشمل المواد البلورية الشائعة للأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء ما يلي: الكوارتز (SiO2)، فلوريد الكالسيوم (CaF2)، فلوريد الليثيوم (LiF)، الملح الصخري (NaCl)، السيليكون (Si)، الجرمانيوم (Ge)، إلخ.
البلورات المستقطبة: تشمل البلورات المستقطبة شائعة الاستخدام الكالسيت (CaCO3)، والكوارتز (SiO2)، ونترات الصوديوم (نترات)، وما إلى ذلك.
البلورة اللونية: تُستخدم خصائص التشتت الخاصة للبلورة في تصنيع العدسات الشيئية اللونية. على سبيل المثال، يتم دمج فلوريد الكالسيوم (CaF2) مع الزجاج لتشكيل نظام لوني، والذي يمكنه القضاء على الانحراف الكروي والطيف الثانوي.
كريستال الليزر: يستخدم كمواد عمل لأشعة الليزر ذات الحالة الصلبة، مثل الياقوت، وفلوريد الكالسيوم، وكريستال عقيق الألومنيوم والإيتريوم المغطى بالنيوديميوم، وما إلى ذلك.

تنقسم المواد البلورية إلى طبيعية وصناعية. البلورات الطبيعية نادرة جدًا، ويصعب زراعتها صناعيًا، ومحدودة الحجم، ومكلفة. بشكل عام، عندما تكون المواد الزجاجية غير كافية، يمكن أن تعمل في نطاق الضوء غير المرئي وتستخدم في صناعات أشباه الموصلات والليزر.

03 مواد بصرية خاصة

أ. زجاج وسيراميك
الزجاج والسيراميك هو مادة بصرية خاصة ليست من الزجاج ولا من الكريستال، ولكنها في مكان ما بينهما. والفرق الرئيسي بين الزجاج والسيراميك والزجاج البصري العادي هو وجود التركيب البلوري. لديها بنية بلورية أدق من السيراميك. إنه يتميز بخصائص معامل التمدد الحراري المنخفض، القوة العالية، الصلابة العالية، الكثافة المنخفضة، والثبات العالي للغاية. يستخدم على نطاق واسع في معالجة البلورات المسطحة، وعصي القياس القياسية، والمرايا الكبيرة، وجيروسكوبات الليزر، وما إلى ذلك.

يمكن أن يصل معامل التمدد الحراري للمواد الضوئية الجريزوفولفين إلى 0.0±0.2×10-7/° (0~50°C)

ب. كربيد السيليكون

كربيد السيليكون عبارة عن مادة خزفية متخصصة تستخدم أيضًا كمواد بصرية. يتمتع كربيد السيليكون بصلابة جيدة، ومعامل تشوه حراري منخفض، وثبات حراري ممتاز، وتأثير كبير في تقليل الوزن. تعتبر المادة الرئيسية للمرايا خفيفة الوزن كبيرة الحجم وتستخدم على نطاق واسع في مجال الطيران والليزر عالي الطاقة وأشباه الموصلات وغيرها من المجالات.

يمكن أيضًا تسمية هذه الفئات من المواد البصرية بمواد الوسائط الضوئية. بالإضافة إلى الفئات الرئيسية لمواد الوسائط البصرية، فإن مواد الألياف الضوئية، ومواد الأفلام البصرية، ومواد الكريستال السائل، والمواد الانارة، وما إلى ذلك، كلها تنتمي إلى مواد بصرية. إن تطوير التكنولوجيا البصرية لا ينفصل عن تكنولوجيا المواد البصرية. ونحن نتطلع إلى التقدم الذي تحرزه تكنولوجيا المواد البصرية في بلدي.