常见光学材料介绍

联合光科

所有光学制造过程的第一步都是选择合适的光学材料。光学材料的光学参数（折射率，阿贝数，透过率，反射率）、物理特性（硬度，形变，气泡度，泊松比）、甚至温度特性（热膨胀系数，折射率VS温度）都会影响光学部件及系统的性能。本文将简单介绍常见的光学材料以及各种材料的特点。

光学材料通常有三大类：

光学玻璃、光学晶体、特种光学材料

01 光学玻璃

光学玻璃是一种可以传输光线的非晶态(玻璃态)光介质材料。光线通过它以后可改变传播方向、相位及强度等，常用于光学仪器或光学系统中棱镜、透镜、反射镜、窗口片、滤光片等光学元件制作。光学玻璃具有高度的透明性、化学稳定性及物理学(结构和性能)上的高度均匀性，具有特定和准确的光学常数。光学玻璃在低温固态下仍保留了高温液态的无定形结构，理想情况下玻璃内部沿各方向理化性能（如折射率、热膨胀系数、硬度、热导率、电导率、弹性模量等）相同，称为各向同性。

现在光学玻璃的生产厂商，主要有德国的肖特(SCHOTT)、美国的康宁(Corning)、日本的小原(OHARA)、国内的成都光明（CDGM）。在紫外波段我们常用的光学玻璃有紫外熔融石英(UVFS)，常用的石英材料有国内的JGS1、JGS2、JGS3，Corning7980以及小原的高质量石英玻璃(SK-1300、SK-1310、SK-1320L、SK-1321等)，我们的光学元件一般采用的是JGS1，其在180nm开始具有较高的透过率。Corning7980的均匀性好、气泡杂质含量少，所以多用于激光元件中，可以提供更高激光损伤阈值。可见光及近红外波段，常用的光学玻璃材料有肖特的N-BK7、浮法玻璃B270、成都光明的H-K9L等。N-BK7和H-K9L具有相似的性质，可以互相代替。它们在可见光和近红外(350 nm - 2.0 µm)提供高透过率。H-K9L精退火光学玻璃是我们高质量光学元件中最常用的玻璃。H-K9L精退火光学玻璃是一种硬质玻璃，能够承受多种物理和化学刺激。它比较耐刮而且耐化学品。由于气泡少、杂质含量低，因此它很适合制造精密透镜、窗口片、棱镜等元件。

成都光明各牌号光学玻璃的折射率和色散图

常见牌号光学玻璃的折射率曲线

常见牌号光学玻璃的透过率曲线

02 光学晶体

光学晶体是指用于光学介质材料的晶体材料总称。由于光学晶体的结构特性，可广泛用于制作各类紫外、红外应用领域的窗口片、透镜、棱镜。按照晶体结构又分为单晶和多晶。单晶材料具有更高的晶体完整性和光透过率，以及较低的输入损耗，因此常用的光学晶体以单晶为主。

◆ 常见的紫外、红外晶体材料有：石英（SiO2）、萤石（CaF2）、氟化锂（LiF）、岩盐（NaCl）、硅（Si）、锗（Ge）等。

◆ 偏振晶体：常用的偏振晶体有方解石（CaCO3）、石英（SiO2）和硝酸钠（硝石）等。

◆ 复消色差晶体：利用晶体特殊的色散特性制造复消色差物镜，如萤石（CaF2）与玻璃组合制成复消色差系统，可以消除球差和二级光谱。

◆ 激光晶体：可用作固体激光器的工作物质，如红宝石、氟化钙和掺钕钇铝石榴石晶体等。

常见晶体特点对比

晶体材料分天然和人工生长。天然晶体较少，人工生长难度大，尺寸受限，价格昂贵，一般在玻璃材料满足不了的情况下才会考虑，可工作于非可见光波段，应用于半导体，激光等行业。

03 特种光学材料

微晶玻璃是一种非玻璃非晶体的特种光学材料，介于玻璃和晶体之间。微晶玻璃与普通光学玻璃的区别主要是具有结晶的结构，而与陶瓷的主要区别是，它的结晶结构要比陶瓷细得多。具有热膨胀系数小、强度大、硬度高、密度小、稳定性极高的特点，被广泛用于加工平晶、标准米尺、大型反射镜、激光制导陀螺仪等。

微晶材料

微晶光学材料的热膨胀系数可达到0.0±0.2x10-7/℃（0~50℃）

碳化硅是一种特殊的陶瓷材料，也可做为光学材料使用。碳化硅具有刚度比好、热变形系数小、热稳定性优良以及减重效果显著等特点，被视为大尺寸轻质反射镜的主要选材，广泛应用在航天、强激光、半导体等领域。

联合光科的碳化硅材料

以上几大类光学材料也可称为光介质材料，光线通过它以后可改变传播方向、相位及强度等。除了这几大类光介质材料，光学纤维材料、光学薄膜材料、液晶材料、发光材料等都属于光学材料，光学技术的发展离不开光学材料技术，我们期待中国的光学材料技术更上一层楼。