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石英在光學(xué)元件中應用

2024-09-26 派大莘

石英作為主要造巖礦物(一般指低溫石英α-石英),是石英族礦物中分布最廣的一個(gè)礦物,其主要成分是SiO2,無(wú)色透明,常含有少量雜質(zhì)成分而變?yōu)榘胪该骰虿煌该鞯木w,質(zhì)地堅硬,且石英是一種物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均十分穩定的礦產(chǎn)資源,具有耐高溫、耐腐蝕、透光性好、絕緣性好及特殊的壓電性等優(yōu)良特性。


 石英在光學(xué)元件中應用

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石英的光學(xué)特征

高透光性

石英在紫外、可見(jiàn)光和紅外光譜范圍內都有很好的透射性能,且具有良好的透明度,它在紫外區的透射受雜質(zhì)含量影響,具有高反射率和低散射率,在可見(jiàn)光區,其透過(guò)率極高,可見(jiàn)光的透過(guò)率高達90%以上,在某些高純度石英玻璃中可見(jiàn)光透過(guò)率可達到93%以上;在紅外區,盡管在特定波段(如2600-2800nm)存在強吸收帶,但整體透光性能依然優(yōu)良。這使得石英成為制作光學(xué)元件的理想材料。

穩定性

石英是優(yōu)秀的耐酸材料,除了氫氟酸和熱磷酸外,它能抵抗大多數酸的侵蝕,其化學(xué)穩定性非常高,超過(guò)耐酸陶瓷的30倍,甚至超過(guò)鎳鉻合金和陶瓷的150倍,這使得它在用于窗口保護時(shí)具有強大穩定性,且在各種惡劣的化學(xué)環(huán)境中依然能保持其光學(xué)性能。 

熱穩定性

石英具有很高的耐熱性,其軟化點(diǎn)溫度約1730℃,可在1100℃下長(cháng)時(shí)間使用,短時(shí)間最高使用溫度可達1450℃,而且石英的熱膨脹系數極小,是普通玻璃的1/10~1/20,因此具有良好的耐熱震性(在急劇的溫度變化下抵抗破裂的能力)。這使得石英在高溫環(huán)境下依然能保持其形狀和光學(xué)性能的穩定,這種特定優(yōu)勢使得它在激光雷達的應用下表現出色。

 

石英光學(xué)元件

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石英光學(xué)元件類(lèi)型

由于這些特性的優(yōu)勢,石英也常常被應用到各種光學(xué)元件的基材上,用于制作出具有優(yōu)良光學(xué)特性的元件,如透鏡、棱鏡、窗口片、濾光片等也可做一些具有特定功能的光學(xué)鏡片,如分光鏡、反射鏡、偏振片等。

透鏡棱鏡:石英由于其高透光性和穩定性,常被用于制造透鏡和棱鏡等光學(xué)元件。這些元件在光學(xué)儀器、通信設備、攝影器材等領(lǐng)域有廣泛應用。

窗口片:石英窗口片具有高透光率、低吸收率和高機械強度等特點(diǎn),適用于各種惡劣環(huán)境下的光學(xué)觀(guān)測和測量。例如,在航空航天領(lǐng)域,石英窗口片可用于高溫、高壓和強輻射環(huán)境下的光學(xué)成像。

濾光片:石英濾光片利用其對不同波長(cháng)光線(xiàn)的選擇性吸收和透過(guò)特性,實(shí)現對光線(xiàn)的濾波和調制,這些濾光片在光譜分析、光學(xué)測量和激光技術(shù)等領(lǐng)域有重要應用。

其他光學(xué)元件:石英還可用于制造各種其他光學(xué)元件,如分光鏡、反射鏡、偏振片等。這些元件在光學(xué)儀器、光學(xué)傳感器和光學(xué)通信等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要作用。


 石英基材濾光片


石英光學(xué)元件的優(yōu)勢

高透光性:石英在可見(jiàn)光和紫外光區域具有優(yōu)異的透光性能,能夠滿(mǎn)足高精度光學(xué)測量的需求。

穩定性好:石英具有優(yōu)異的化學(xué)穩定性和熱穩定性,能夠在惡劣環(huán)境下保持穩定的光學(xué)性能。

加工性能好:石英材料易于加工成各種復雜形狀和尺寸的光學(xué)元件,滿(mǎn)足不同應用需求。

 

綜上所述,石英在光學(xué)元件領(lǐng)域具有廣泛的應用前景和重要的應用價(jià)值。隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展,石英光學(xué)元件的性能和應用領(lǐng)域還將不斷拓展和提升。