材料的光机特性课件.ppt

1、光学机械设计光学机械设计材料的光机特性材料的光机特性概述概述光学仪器原材料的主要种类：光学仪器原材料的主要种类：玻璃，塑料，晶体，半导体，玻璃，塑料，晶体，半导体，陶瓷，金属，上述各种材料的薄膜，陶瓷，金属，上述各种材料的薄膜，复合材料，粘接剂，密封材料，专用复合材料，粘接剂，密封材料，专用表面精饰材料。表面精饰材料。3.1 折射光学材料折射光学材料折射光学材料参数：折射光学材料参数：透过率透过率折射率折射率色散色散机械性能机械性能3.1.1 透过率透过率 折射材料，例如玻璃，最显著的特征折射材料，例如玻璃，最显著的特征，是能够透过紫外到红外波段的电磁波。，是能够透过紫外到红外波段的电磁波。一

2、束光在进入材料之后，随着光波在一束光在进入材料之后，随着光波在材料内部传输距离的增加，实际强度与入材料内部传输距离的增加，实际强度与入射强度相比一定会有所下降。射强度相比一定会有所下降。吸收吸收散射散射3.1.1 透过率透过率为什么指数降低，而不是线性？为什么指数降低，而不是线性？3.1.1 透过率透过率透明材料对光能的内部吸收与光谱有关透明材料对光能的内部吸收与光谱有关3.1.1 透过率透过率透过率透过率波长波长 曲线曲线3.1.1 透过率透过率3.1.2 折射率折射率 n大部分光学大部分光学透明体：透明体：1.44.1光学玻璃光学玻璃:1.42.1 光学玻璃光学玻璃生产厂家会列出他们的产品

3、，生产厂家会列出他们的产品，在几个特定波长下的平均在几个特定波长下的平均相对折射率。如果相对折射率。如果购买一定量的玻璃材料，对于某一生产批次购买一定量的玻璃材料，对于某一生产批次或熔炉，也能够提供几种波长的折射率测量或熔炉，也能够提供几种波长的折射率测量值。若值。若支付额外的费用，还可以得到其他波支付额外的费用，还可以得到其他波长的测量值。长的测量值。3.1.2 折射率折射率 nn1、n2：界面两侧两种：界面两侧两种材料在已知波长下的材料在已知波长下的折射率折射率光束斜入射时公式更为光束斜入射时公式更为复杂，而且要考虑光的偏振复杂，而且要考虑光的偏振态。态。反射率与折射率差的关系？反射率与折

4、射率差的关系？影响折射率的因素影响折射率的因素温度：温度：光学材料的折射率随温度而光学材料的折射率随温度而变化变化温度变化温度变化1引起的折射率值变化，引起的折射率值变化，会使小数点会使小数点第第六位有微小六位有微小改变改变天然原因或加工天然原因或加工过程的残留：过程的残留：空间折射率发生细微变化空间折射率发生细微变化应力应力：双折射：双折射思考思考测量玻璃透过率：测量玻璃透过率：3.1.3 色散色散色散：折射率随波长的色散：折射率随波长的变化变化3.1.3 色散色散1.折射率随波长的增加而折射率随波长的增加而减小减小2.在短波长的末端，折射率的变化在短波长的末端，折射率的变化最大最大3.在给

5、定在给定波长处最高折射率材料波长处最高折射率材料曲线的曲线的斜率比较斜率比较陡陡4.一种材料色散曲线的形状不能通过改一种材料色散曲线的形状不能通过改变比例，由另一种材料的曲线精确地变比例，由另一种材料的曲线精确地导出导出3.1.3 色散色散阿贝数：阿贝数：d：587.5618nm，氦光谱线，氦光谱线e：546.0740nm，汞汞光谱线光谱线F：486.1327nm，氢光谱线，氢光谱线C：656.2725nm，氢光谱线，氢光谱线思考：阿贝数大，色散大还是小？思考：阿贝数大，色散大还是小？3.1.3 色散色散肖特公司肖特公司建议优先选用的，玻璃分布建议优先选用的，玻璃分布曲线图曲线图3.1.3 色

6、散色散Zemax 中查看材料具体折射率、透过率中查看材料具体折射率、透过率sellmeier色散方程：色散方程：3.1.4 机械性质机械性质密度密度，杨氏模量，杨氏模量，泊泊松比松比线性线性热膨胀系数，热膨胀系数，比热容比热容热传导性，硬度热传导性，硬度，转化，转化温度温度3.1.4 种类种类玻璃、光学晶体、半导体、玻璃、光学晶体、半导体、光学光学塑料塑料http:/ 多多应用于低精度系统，例如廉价的照应用于低精度系统，例如廉价的照相机，望远镜，双目望远镜，一些简单的相机，望远镜，双目望远镜，一些简单的军用设备军用设备，目镜，接目透镜，隐形眼镜，目镜，接目透镜，隐形眼镜3.2 反射光学元件材料

7、反射光学元件材料反射系统特点：反射系统特点：孔径孔径大，无色散，光路方便折转，方便引大，无色散，光路方便折转，方便引入非球面入非球面牛顿望远镜牛顿望远镜3.2 反射光学元件材料反射光学元件材料反射镜组成反射镜组成1、反射面：、反射面：单层单层薄膜、多层介质膜、金属薄膜薄膜、多层介质膜、金属薄膜2、刚性基板、刚性基板机械机械上保证反射表面的正确位置以及正确上保证反射表面的正确位置以及正确的面型。对于第二表面反射的反射镜来说的面型。对于第二表面反射的反射镜来说，辐射要透过基板，例如化妆镜。，辐射要透过基板，例如化妆镜。3.2 反射光学元件材料反射光学元件材料反射镜基板材料重要性质：反射镜基板材料重

8、要性质：1.平滑平滑度度2.稳定性稳定性3.硬度硬度平滑度平滑度 光学仪器光学仪器中使用的所有反射镜都应该中使用的所有反射镜都应该通过抛光，达到较高的通过抛光，达到较高的光洁度。光洁度。反射镜反射镜表面存在的三表面存在的三类表面不规则：类表面不规则：1.低频误差：面形低频误差：面形误差，导致光学像差误差，导致光学像差2.中频误差：介于低频与高频之间中频误差：介于低频与高频之间3.高频误差：表面微高频误差：表面微粗糙度粗糙度思考：光学像差种类？思考：光学像差种类？稳定性：稳定性：反射反射镜面形不随所处的镜面形不随所处的环境、温度变环境、温度变化或化或内应力的释放而发生变化内应力的释放而发生变化。

9、硬度：硬度：刚性大、密度刚性大、密度低的材料会减轻抛光，低的材料会减轻抛光，安装，重力，以及工作过程中振动所造成安装，重力，以及工作过程中振动所造成的形变的形变。希望希望使用的材料具有大的比刚度使用的材料具有大的比刚度值，值，如如碳化硅碳化硅。3.3 机械零件材料机械零件材料 用于用于制作光学仪器壳体，镜筒，静坐制作光学仪器壳体，镜筒，静坐，压圈，压圈，结构件，盖板，弹簧，计量杆等，结构件，盖板，弹簧，计量杆等零部件。零部件。材料的主要机械性能材料的主要机械性能钢铁钢铁钢铁钢铁钢钢有色金属有色金属铝合金铝合金铝合金铝合金铜合金铜合金3.4 粘合剂粘合剂思考：zemax设计中，如何得到双胶合镜片

10、？3.4.1 光学胶光学胶光学胶种类光学胶种类光学胶种类光学胶种类光学表面的胶合光学表面的胶合思考：胶合可能产生哪一种误差？3.4.2 结构粘合剂结构粘合剂3.5 密封胶密封胶光学仪器中常用的两类密封胶光学仪器中常用的两类密封胶光学仪器中常用的两类密封胶光学仪器中常用的两类密封胶3.6 光机材料专用膜层光机材料专用膜层3.6.1 保护膜保护膜保护膜种类保护膜种类3.6.2 表面发黑表面发黑3.6.3 改进表面平滑度改进表面平滑度电电镀镍、电镀铝镀镍、电镀铝先电镀，再用金刚石车削或抛光，得先电镀，再用金刚石车削或抛光，得到较高的光洁度。到较高的光洁度。练习练习车削加工车削加工铣削加工铣削加工Thanks！