材料的光机特性课件

Click to edit Master title,Click to edit Master title,光学机械设计,材料的光机特性,光学机械设计材料的光机特性,概述,光学仪器原材料的主要种类：,玻璃，塑料，晶体，半导体，,陶瓷，金属，上述各种材料的薄膜，复合材料，粘接剂，密封材料，专用表面精饰材料。,概述光学仪器原材料的主要种类：,3.1,折射光学材料,折射光学材料参数：,透过率,折射率,色散,机械性能,3.1 折射光学材料折射光学材料参数：,3.1.1,透过率,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。,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，实际强度与入射强度相比一定会有所下降。,吸收,散射,3.1.1 透过率 折射材料，例如玻璃，最显著,3.1.1,透过率,为什么指数降低，而不是线性？,3.1.1 透过率为什么指数降低，而不是线性？,3.1.1,透过率,透明材料对光能的内部吸收与光谱有关,3.1.1 透过率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,波长 曲线,3.1.1 透过率透过率波长 曲线,3.1.1,透过率,3.1.1 透过率,3.1.2,折射率,n,大部分光学透明体：,1.44.1,光学玻璃,:1.42.1,光学玻璃生产厂家会列出他们的产品，在几个特定波长下的平均相对折射率。如果购买一定量的玻璃材料，对于某一生产批次或熔炉，也能够提供几种波长的折射率测量值。若支付额外的费用，还可以得到其他波长的测量值。,3.1.2 折射率 n大部分光学透明体：1.44.1,3.1.2,折射率,n,n1,、,n2,：界面两侧两种材料在已知波长下的折射率,光束斜入射时公式更为复杂，而且要考虑光的偏振态。,反射率与折射率差的关系？,3.1.2 折射率 nn1、n2：界面两侧两种材料在已知波长,影响折射率的因素,温度：,光学材料的折射率随温度而变化,温度变化,1,引起的折射率值变化，会使小数点第六位有微小改变,天然原因或加工过程的残留：,空间折射率发生细微变化,应力,：双折射,影响折射率的因素温度：,思考,测量玻璃透过率：,思考测量玻璃透过率：,3.1.3,色散,色散：折射率随波长的变化,3.1.3 色散色散：折射率随波长的变化,3.1.3,色散,折射率随波长的增加而减小,在短波长的末端，折射率的变化最大,在给定波长处最高折射率材料曲线的斜率比较陡,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导出,3.1.3 色散折射率随波长的增加而减小,3.1.3,色散,阿贝数：,d,：,587.5618nm,，氦光谱线,e,：,546.0740nm,，汞光谱线,F,：,486.1327nm,，氢光谱线,C,：,656.2725nm,，氢光谱线,思考：阿贝数大，色散大还是小？,3.1.3 色散阿贝数：d：587.5618nm，氦光谱线,3.1.3,色散,肖特公司建议优先选用的，玻璃分布曲线图,3.1.3 色散肖特公司建议优先选用的，玻璃分布曲线图,3.1.3,色散,Zemax,中查看材料具体折射率、透过率,sellmeier,色散方程：,3.1.3 色散Zemax 中查看材料具体折射率、透过率se,3.1.4,机械性质,密度，杨氏模量，泊松比,线性热膨胀系数，比热容,热传导性，硬度，转化温度,3.1.4 机械性质密度，杨氏模量，泊松比,3.1.4,种类,玻璃、光学晶体、半导体、,光学塑料, 种类玻璃、光学晶体、半导体、光学塑料http:/,注塑,注塑,光学塑料,优点：,价格低、易加工、重量轻、耐冲击、容易整体装配,缺点：,镀膜困难、易吸湿，不耐磨,多应用于低精度系统，例如廉价的照相机，望远镜，双目望远镜，一些简单的军用设备，目镜，接目透镜，隐形眼镜,光学塑料优点：,3.2,反射光学元件材料,反射系统特点：,孔径大，无色散，光路方便折转，方便引入非球面,牛顿望远镜,3.2 反射光学元件材料反射系统特点：牛顿望远镜,3.2,反射光学元件材料,反射镜组成,1,、反射面：,单层薄膜、多层介质膜、金属薄膜,2,、刚性基板,机械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，辐射要透过基板，例如化妆镜。,3.2 反射光学元件材料反射镜组成,3.2,反射光学元件材料,反射镜基板材料重要性质：,平滑度,稳定性,硬度,3.2 反射光学元件材料反射镜基板材料重要性质：,平滑度,光学仪器中使用的所有反射镜都应该通过抛光，达到较高的光洁度。,反射镜表面存在的三类表面不规则：,低频误差：面形误差，导致光学像差,中频误差：介于低频与高频之间,高频误差：表面微粗糙度,思考：光学像差种类？,平滑度 光学仪器中使用的所有反射镜都应该通过抛,材料的光机特性课件,稳定性：,反射镜面形不随所处的环境、温度变化或内应力的释放而发生变化。,硬度：,刚性大、密度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的形变。,希望使用的材料具有大的比刚度值，如碳化硅。,稳定性：,3.3,机械零件材料,用于制作光学仪器壳体，镜筒，静坐，压圈，结构件，盖板，弹簧，计量杆等零部件。,3.3 机械零件材料 用于制作光学仪器壳体，镜,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,材料的光机特性课件,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,思考：zemax设计中，如何得到双胶合镜片？,3.4 粘合剂思考：zemax设计中，如何得到双胶合镜片？,3.4.1,光学胶,3.4.1 光学胶,光学胶种类,光学胶种类,光学胶种类,光学胶种类,材料的光机特性课件,材料的光机特性课件,光学表面的胶合,思考：胶合可能产生哪一种误差？,光学表面的胶合思考：胶合可能产生哪一种误差？,材料的光机特性课件,材料的光机特性课件,3.4.2,结构粘合剂,3.4.2 结构粘合剂,材料的光机特性课件,材料的光机特性课件,3.5,密封胶,3.5 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,3.6 光机材料专用膜层,3.6.1,保护膜,3.6.1 保护膜,保护膜种类,保护膜种类,材料的光机特性课件,3.6.2,表面发黑,3.6.2 表面发黑,材料的光机特性课件,材料的光机特性课件,材料的光机特性课件,3.6.3,改进表面平滑度,电镀镍、电镀铝,先电镀，再用金刚石车削或抛光，得到较高的光洁度。,3.6.3 改进表面平滑度电镀镍、电镀铝,练习,练习,车削加工,车削加工,铣削加工,铣削加工,Thanks,！,Thanks！,