Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Многообразие этих свойств и требований к ОЭП приводит часто к тому, что выбор оптического материала становится серьезной технико-экономической задачей. Правильно выбрав материал, можно упростить конструкцию оптического узла, улучшить характеристики всей системы. Например, используя для мениска в системе Максутова материал с минимальной дисперсией, можно пренебречь хроматической коррекцией системы, обеспечить малый кружок рассеяния без усложнения объектива, без ввода коррегирующей линзы. При выборе материалов для оптических деталей следует помнить о технологичности как отдельных узлов, так и всей системы.
Для работы в видимой и ближней ИК областях спектра очень широко используется обычное оптическое стекло, достоинствами которого являются дешевизна, хорошая обрабатываемость, хорошие физико-механические свойства, достаточная прозрачность для излучения с длинами волн до 2 мкм, что в видимом и ближнем ИК диапазонах делает его наиболее приемлемым материалом. Однако для работы в среднем и длинноволновом ИК диапазонах приходится применять либо специальные виды стекол (стекла типа ИКС), либо кристаллы или оптическую керамику.
Такие оптические кристаллы как фтористый кальций, фтористый литий, а в последние годы и оптические керамики широко применяются в различных ОЭП. Выбор типа кристалла определяется как его соответствием тем условиям, в которых работает прибор (температура, влажность и т.д.), так и доступностью его получения. К сожалению, часто бывает трудно получить хороший кристалл нужного размера. Если из обычных и ИК стекол удается изготовить детали диаметром в несколько десятков сантиметров, то диаметры линз из опти-
122 Глава 5. Оптическая система оптико-электронного прибора
ческих керамик пока не превышают 200 мм, а из некоторых кристаллов и того меньше (например, из КРС-5 — не более 125 мм).
К настоящему времени промышленность освоила довольно большую номенклатуру оптических материалов для линзовых систем ОЭП. В табл. 5.2 — 5.5 и на рис. 5.14, 5.15 приведены некоторые физические свойства и характеристики распространенных на практике материалов.
Таблица 5.2
Физические свойства некоторых стекол, оптических керамик и кристаллов
Характеристика Иртран-1, Иртран-51, каї Иртран-2 КО-2 Иртран-3, КО-3 Иртран-4, КО-4 Иртран-5, КО-5 Иртран-6, КО-6
Химический состав MgF 2 ZnS CaF2 ZnSe MgO CdTe
Плотность, г-сиГ3 3,18 4,098 3,18 5,27 3,58 5,85
Показатель преломления при длине волны 1,0 мкм 1,3778 2,2907 1,4289 2,485 1,7223 2,802
Коэффициенты дисперсии nIO'1 - 22,8 - 58,6 - 186
nS ~п12 Длинноволновая граница прозрачности, мкм 8 14 10.2 19.5 8 29.0
Температурный коэффициент показателя преломления (dn/dt) 10е (для излучения с длиной волны X, мкм) +1,6 (X= =0,7065) +48 (>.=6,0) -16 0=0,54) +50 ().=5,0) +14 ().=0,77) -117,5 ().=10,6)
Температура размягчения или плавления, °С 1255 1830 1360 1500 2800 1090
Коэффициент термического расширения Ct-IO81 К-1 11 6,9 20 7,7 12 5,9
Модуль упругости, Па-1010 11,0 8,35 10,54 7,31 30,12 0,38
Прочность иа изгиб, Па-105 1502 975 366 419 1325 328
Твердость по Кнупу, Па-107 565 346 196 147 628 44
Теплопроводность, Bt m1K"1 14,6 15,5 7,96 12,9 43,6 4Д9
Удельная теплоемкость, Джі»'К-' 1,0 0,49 0,8 0,38 0,92 0,28
123 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Таблица 5.2 (окончание)
Характеристика Литий фтористый Стекло кварцевое Стекло хальгогенидиое ВДН № 16-А Стекло оптическое К8
Химический состав LiF SiO2 - SiO2
Плотность, ГСМ"3 2,6 2.2 4,6 2,52
Показатель преломления при длине волны 1.0 мкм 1,3871 1,4505 2,75 1,50707
Коэффициенты дисперсии "io-1 nS ~niz Длинноволновая граница прозрачности, мкм - - - -
7,5 4,5 16.8 -
Температурный коэффициент показателя преломления (dn/dtyiO6 (для излучения с длиной волны X, мкм) -16 (X=I1O) +9.8 ().=0,656) +80 ().=5)
Температура размягчения или плавления,°С 870 1700 380 560
Коэффициент термического расширения а-106, К"1 33,17 0,5 23 8.6
Модуль упругости, Па-1010 - 7,15 - 8.06
Прочность на изгиб, Па-105 144 1178 186 1770
Твердость по Кнупу, Па-10' 97 461 - -
Теплопроводность, Bt m-1K"1 14,2 12,1 - 0.96
Удельная теплоемкость, Дж-г-'К1 1,63 0.75 - 0,75
із» S t/ttw' г S ¦ Itrrtrt' г л,*
Рис. 5.14. Значения показателей преломления для некоторых оптических материалов
124 Глава 5. Оптическая система оптико-электронного прибора
Таблица 5.3
Физические свойства оптических материалов, прозрачных в диапазоне
8...13 мкм
Характеристика Креминй кристаллический Германий кристаллический КРС-5 Серебро хлористое поликристаллическое Арсен ид галлия Барнй фтористый
Химический состав Si Ge - AgCl GaAs BaF
Плотность, TClf3 2,33 5,33 7,37 5,55 5,3 4,83
Показатель преломления при длиие волиы 1,0 мкм 3,553 - 2,44 2.022 - 1,47
Показатель преломления при длние волиы 8,0 мкм 3,4184 4,0052 2,374 1,988 3,34 -
Показатель преломления при длине волиы 10,6 мкм 3,4179 4,0028 2,369 1,979 3,08 1,3932
Показатель преломления при длиие волны 13,0 мкм - 4,0021 2,363 1,964 2,97 -
Коэффициенты дисперсии Tl10-I 22 - - 53,88 - -
