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各光学窗口材料光学优缺点分析

2025-08-01 派大星

在真空容器中或在隔板对面通过光线时使用的光学仪器用窗口,这些光学窗口的材料随使用波长的不同而不同,由于不同材料存在各自的光谱和材料优缺点,在针对不同的应用环境下请确认其特性后使用,下面我们为大家整理了一个数据表,方便大家使用,同时也为大家介绍各种常见类型及特殊类型的光学窗口材料供大家学习认识!

各光学窗口材料光学优缺点分析

K9(BK7) 玻璃是常见的硼硅酸盐玻璃,透射范围覆盖350nm~2100nm紫外到中红外波段,它的同质性高,气泡、杂质含量低,可直接作为透射光学用材料。由于其化学性能稳定,硬度较高,可用于制作各种可见光到近红外的光学元件,如平面窗口、透镜、棱镜等。这些元件广泛应用于光电子、微波技术等领域。

K9(BK7) 玻璃曲线图

K9(BK7) 玻璃曲线图


超白玻璃,又称浮法玻璃,只需切割一下,不必进行成形和研磨加工,工艺简单,价格便宜,作为最常见的光学基材,非常适合作为防尘防污等用途的基板,也可作为镀反射膜、增透膜或介质膜等的基片。

超白玻璃曲线图

超白玻璃曲线图

石英窗口:石英玻璃材料一般分为JGS1、JGS2、以及 JGS3 三种类别,JGS1通常用于紫外可见光波段,材料不含气泡和杂质。JGS2 主要用于可见光和近红外波段的窗口片和镀膜基底。JGS3 为低羟基材料,可减少红外区域的吸收带,被广泛应用于红外波段,用于半导体配件材料,光导纤维制造辅料,OH-含量一般在 120-260ppm。

石英玻璃曲线图

石英玻璃曲线图

高硼硅:硼硅玻璃是利用玻璃在高温状态下导电的特性,通过在玻璃内部加热来实现玻璃熔化,经先进生产工艺加工而成。常用来作高温环境使用的窗口。高硼硅玻璃曲线在紫外区起始端(<300nm)透射率很低,在~320nm附近急剧上升至可见光区,可见光区(400-700nm)保持高而平坦(>90%),近红外区(700-2500nm)缓慢下降,在~2800nm (2.8μm) 出现第一个强吸收谷(O-H吸收),在~4300nm (4.3μm) 出现最深最强的吸收谷(Si-O/B-O伸缩振动吸收),在~9300nm (9.3μm) 附近出现另一个强吸收谷(Si-O弯曲振动),吸收谷之间的透射率较低。

高硼硅各厚度曲线

高硼硅波长曲线

高硼硅波长曲线

CaF₂氟化钙:氟化钙(CaF)是一种立方系单晶材料,可用于真空深紫外到红外传输,在 0.25um-8um 之间的透过率大于 90%,具有低吸收和高损伤阈值,是准分子激光常用的光学元件。

氟化钙波长曲线

氟化钙波长曲线

BaF₂氟化钡:氟化钡晶体(BaF,)具有良好的光学透过性能,在 0.15um-14.5um的光谱范围内,可以用作紫外和红外光学窗口。同时,又具有优良的闪烁性能,成为高能物理与核物理、核医学等领域中重要的晶体材料。

氟化钡曲线图

(氟化钡曲线图)

MgF₂氟化镁:氟化镁晶体(MgF),熔点为 1255℃,硬度高,机械性能好,化学性能稳定,不易潮解和腐蚀,光学性能优,在真空紫外波段具有较高的透过率(120nm 透过率仍在 50% 以上),透过范围为 0.12-9um,非常适合作真空紫外至红外波段的光学窗口材料,另外氟化镁晶体还具有双折射效应,可用作偏振元件。

氟化镁曲线图

(氟化镁曲线图)

LiF氟化锂:氟化锂晶体(LF)具有良好的光学透过性能,在0.11um-7.5um 的光谱范围内,可以用作紫外和红外光学窗口。同时,又具有优良的闪烁性能,成为高能物理与核物理、核医学等领域中重要的晶体材料。

氟化锂曲线图

氟化锂曲线图

Zns 硫化锌:硫化锌 (ZnS)是用于远红外波段一种很重要的光学品体,可进行快速热压成型。化学气相沉积硫化锌的透光范围为1um-14um,高透光率,低吸收。多光谱级通过热等静压工艺改进了中红外、可见光的透过率,硫化锌材料具备一定的抗激光能力,同时有着非常强的抗环境能力。在化学性质上是惰性材料,具有非吸湿性并且纯度高,理论上非常致密且易于进行机加工。

硫化锌曲线图

硫化锌曲线图

 

Znse硒化锌:硒化锌 (ZnSe)是一种黄色透明的多品材料,因其在 10.6um 波段处具有极低的吸收系数而成为大功率的二氧化碳激光器首选光学材料。由于其优异的光学性能而被广泛用作高清晰前视红外系统窗口、透镜和棱镜。此外在其整个透光波段范围内,也是在不同光学系统中普遍使用的材料。 

硒化锌曲线图

硒化锌曲线图

注意:接触强酸会产生有毒的硒化氢,不要浸入到盐酸或硫酸的溶液中。高能量激光光束聚在表面时,热分解会产生有毒气体,由于激光热量的剧烈传导会导致 ZnSe 损坏,产生大量的气体和粉尘,注意绝对不要徒手接触透镜,不要吸入所产生的蒸汽或粉尘。且无镀膜的平面窗口由于正面和反面都存在反射,所以透过率会产生 30% 左右的损失。

 

Ge锗片:作为半导体的锗晶体在 2um-14um 波段有极好的透过性能,可以用作为中远红外线的光学元件使用。由于 1.5um 以下的波长不能透过,还可以作为红外线透过滤光片使用。也可作为各种实验用的的锗基板使用,锗窗口有金属光泽,可见光被反射及吸收,但不透过。锗窗口由于表面存在反射损失,所以透过率约为 42%左右,经过镀膜后可显著提高透过率。现阶段下锗作为当前国家严格管控的一种材料,其价格也在逐渐走高,且出口和内部使用已经需经过审核!

锗曲线图

锗曲线图

硅片:硅(Si)窗口片的透过范围是 1.2um-8um,主要用于 6um 以内的红外窗口片和光学滤光片的基片。由于该材料导热性能好密度低,也是制作激光反射镜的常用材料,主要用于 PVD/CVD 镀膜做衬底用作XRD(X射线行射分析)、SEM(扫描电镜)、AFM(原子力显微镜)、FTR 红外、荧光光谱等分析测试基底;同步辐射实验样品载体;分子東外延生长的基底:半导体光刻工艺等,硅窗口有金属光泽,可见光被反射及吸收,但不透过,由于表面存在反射损失,所以透过率约为 53%左右。

硅曲线图

(硅曲线图)

Al₂O₃蓝宝石:蓝宝石 (ALO,)透过范围为 0.2-5.5um,是一种性能优秀的红外光学窗口和基片材料,耐高温且硬度高,仅次于金刚石,且耐酸碱腐蚀。蓝宝石基片可用于半导体工业中的外延片,用于制作 LED 等。紫外光照射到蓝宝石晶体时,有时会发生荧光;常规情况下,蓝宝石没有蒸镀增透膜其透过率约为 85%。

蓝宝石曲线图

(蓝宝石曲线图)

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