Opticheskie_materialy3

Оптические монокристаллы

Кристаллы кальцита (CaCO3) – исландского шпата –

являются редким примером использования в современной оптике природных материалов. Его можно получать и в синтетическом производстве. Существует уникальный сорт, не рассеивающий свет He-Ne-лазера.

Исландский шпат легко раскалывается по плоскостям спайности, поэтому при работе с ним не допускаются перепады температур более 1 С в минуту. Оптическая прочность исландского шпата для обыкновенного луча высокая – в два раза выше, чем у стекла К8.

Для необыкновенного луча прочность падает в несколько раз.

Оптические монокристаллы
Кремний (Si)
Диэлектрическая проницаемость,	-	11.6 (при Т=300 К)
Показатель преломления, n	-	3.4173 ( =10.6 мкм)

Свойства:

высокий спектральный коэффициент пропускания в областях спектра 2-6 и 25-45 мкм, малая плотность, малый температурный коэффициент линейного расширения, высокая твердость и модуль упругости,

химическая инертность, экстремальные значения показателя преломления и коэффициента дисперсии

Применяется для ИК фильтров и плоских деталей проходной оптики,

для силовой отражательной оптики, полупрозрачных зеркал и линз (в частности, в лазерных инфракрасных системах непрерывного действия при мощности излучения до 1 кВт),

для одно- и двухлинзовых систем, обладающих высокими оптическими характеристиками.

Оптические монокристаллы

Германий (Ge)

Показатель преломления, n -4.0031 ( =10.6 мкм)

Ge обладает полупроводниковыми свойствами, отличается низкой электропроводностью. Высокое значение спектрального коэффициента пропускания ( > 0,3 для толщины 2 мм в области спектра 1,8 – 23 мкм) и значительно большие чем у

стекол; значения показателя преломления и коэффициента дисперсии позволяют использовать германий марки для деталей проходной оптики.

Недостатки германия: дороговизна и трудности с юстировкой из-за его непрозрачности в видимой части спектра.

Спектральный коэффициент отражения полированного германия

, мкм	1.06	10.6	20.0
ρλ	0.3632	0.78	0.352

Оптические монокристаллы

Селенид цинка (ZnSe) (природный минерал штиллеит)

Показатель преломления, n -

2.403 ( =10.6 мкм)

В интервале длин волн 0.5 - 20 мкм спектральный коэффициент пропускания для толщины 2 мм > 0.5. Благодаря сравнительно низкому коэффициенту поглощения в области спектра 9-12 мкм, достаточно высокой теплопроводности, стабильности при перегреве, механической прочности, технологичности изготовления и ряду других свойств широко

применяется для проходной оптики инфракрасных лазеров, в

частности СО2. Из изготовляют плоские пластины - входные и выходные окна, коллимирующие линзы, полупрозрачные зеркала и др. Оптические элементы из выдерживают мощности излучения на длине волны 10.6 мкм до 4.5 кВт и плотности мощности до 300 Вт/см2. При таком облучении термодеформации не превышают 1 мкм.

Спектральный коэффициент пропускания полированной пластины из ZnSe толщиной 5 мм :

, мкм	2	10.6
τλ	0.6	0.7

Оптические монокристаллы

Теллурид кадмия (CdTe)

Показатель преломления, n -

2.67 ( =10.6 мкм)

CdTe используется для ИКизлучателей, фотоприемников, в качестве рабочего вещества в лазерах, работающих на длине волны

0.79 мкм, индикаторов и модуляторов излучения, для оптических

элементов ИК-лазеров, в частности СО2.

К недостаткам относятся: низкая твердость, что не позволяет получить высококачественные поверхности деталей; непрозрачность в видимой области спектра. Кроме того, теплопроводность в 3 раза ниже, чем у ZnSe и в 8 раз чем у GaAs.

Спектральный коэффициент пропускания полированной пластины из

CdTe толщиной 1 мм :	, мкм	10.6	20.0
	τλ	0.6	0.65

Оптические монокристаллы

Арсенид галлия (GaAs)

Показатель преломления, n -

3.08 ( =10.6 мкм).

Используется в качестве магнито- и электрооптического материала в оптико-электронной аппаратуре.

Высокая оптическая прочность, простота резки и оптического полирования, хорошее пропускание оптического излучения в области длин волн 1.5 - 15 мкм (для толщины 2 мм > 0.5) позволяют использовать для изготовления оптических элементов ИК-систем лазеров мощностью выше 1 кВт.

К недостаткам относятся: высокая стоимость, непрозрачность в видимой области спектра.

Спектральный коэффициент пропускания полированной пластины из толщиной около 1 мм составляет 0.7 начиная с длины волны излучения 2 мкм и сохраняет это значение до 15 мкм.

Оптические монокристаллы

КРС-5 и КРС-6

(Kristalle aus dem Schmelzflussкристаллы из расплава)

Показатель преломления-, n

2.368 ( =10.6 мкм)

КРС-5 представляет собой твердый раствор состава: бромистый таллий – 42% и йодистый таллий – 58%. Материал темно-красного цвета; растворимость в воде 0,05 г на 100 см3. КРС-6 представляет собой твердый раствор состава:

бромистый таллийn – 30% и хлористый таллий – 70%.

Материал бесцветный, растворимость в воде 0,32 г на 100 г. Отличаются высокой токсичностью.

Применяются в оптическом приборостроении в качестве материала, прозрачного для длинноволнового ИК-излучения, для внутренних деталей аппаратуры самонаведения, ИКлазеров. КРС-5 используется также в качестве кристаллов для модуляторов света. Высокий спектральный коэффициент пропускания сохраняется в интервале длин волн 0,6–35 мкм (для КРС-5) и 0,5–25 мкм (для КРС-6). По обе стороны от указанного диапазона волн τλ быстро снижается.

Оптические монокристаллы

КРС-5 и КРС-6

(Kristalle aus dem Schmelzflussкристаллы из расплава)

Оптические монокристаллы

Алмаз

Показатель преломления n10,6 мкм=2,41. Области прозрачности 0,2 2 мкм и 6,5 100 мкм. В диапазоне 2 6,5 мкм широкая полоса поглощения.

Поглощение алмаза на =10,6 мкм – 10-2 см-1 .

Высокая теплопроводность позволяет использовать алмаз

для деталей силовой оптики до 1 МВт/см2.

Но большие трудности в обработке поверхности, высокая стоимость и малые размеры исходных заготовок еще не скоро позволят широко использовать этот достаточно уникальный по своим параметрам материал.

Нелинейные кристаллы и кристаллы для управления оптическим

излучением

Нелинейно-оптические кристаллы - предназначены для генерации второй и высших гармоник излучения.

Лазерные модуляторы на основе линейного электрооптического эффекта предназначены для модуляции излучения.

К материалам электрооптических модуляторов предъявляются очень жесткие требования по оптической

однородности, чем к другим обычным оптическим материалам.

Рассмотрим только самые основные, широко распространенные кристаллы.