各光學窗口材料光學優(yōu)缺點分析

在真空容器中或在隔板對面通過光線時使用的光學儀器用窗口，這些光學窗口的材料隨使用波長的不同而不同，由于不同材料存在各自的光譜和材料優(yōu)缺點，在針對不同的應用環(huán)境下請確認其特性后使用，下面我們?yōu)榇蠹艺砹艘粋€數據表，方便大家使用，同時也為大家介紹各種常見類型及特殊類型的光學窗口材料供大家學習認識！

K9(BK7) 玻璃是常見的硼硅酸鹽玻璃，透射范圍覆蓋350nm~2100nm紫外到中紅外波段，它的同質性高，氣泡、雜質含量低，可直接作為透射光學用材料。由于其化學性能穩(wěn)定，硬度較高，可用于制作各種可見光到近紅外的光學元件,如平面窗口、透鏡、棱鏡等。這些元件廣泛應用于光電子、微波技術等領域。

（K9(BK7) 玻璃曲線圖）

超白玻璃，又稱浮法玻璃，只需切割一下，不必進行成形和研磨加工，工藝簡單，價格便宜，作為最常見的光學基材，非常適合作為防塵防污等用途的基板，也可作為鍍反射膜、增透膜或介質膜等的基片。

（超白玻璃曲線圖）

石英窗口：石英玻璃材料一般分為JGS1、JGS2、以及 JGS3 三種類別，JGS1通常用于紫外可見光波段，材料不含氣泡和雜質。JGS2 主要用于可見光和近紅外波段的窗口片和鍍膜基底。JGS3 為低羥基材料，可減少紅外區(qū)域的吸收帶，被廣泛應用于紅外波段,用于半導體配件材料，光導纖維制造輔料,OH-含量一般在 120-260ppm。

（石英玻璃曲線圖）

高硼硅：硼硅玻璃是利用玻璃在高溫狀態(tài)下導電的特性，通過在玻璃內部加熱來實現玻璃熔化，經先進生產工藝加工而成。常用來作高溫環(huán)境使用的窗口。高硼硅玻璃曲線在紫外區(qū)起始端（<300nm）透射率很低，在~320nm附近急劇上升至可見光區(qū)，可見光區(qū)（400-700nm）保持高而平坦（>90%），近紅外區(qū)（700-2500nm）緩慢下降，在~2800nm (2.8μm) 出現第一個強吸收谷（O-H吸收），在~4300nm (4.3μm) 出現最深最強的吸收谷（Si-O/B-O伸縮振動吸收），在~9300nm (9.3μm) 附近出現另一個強吸收谷（Si-O彎曲振動），吸收谷之間的透射率較低。

（高硼硅波長曲線）

CaF?氟化鈣：氟化鈣(CaF)是一種立方系單晶材料，可用于真空深紫外到紅外傳輸，在 0.25um-8um 之間的透過率大于 90%，具有低吸收和高損傷閾值，是準分子激光常用的光學元件。

（氟化鈣波長曲線）

BaF?氟化鋇：氟化鋇晶體(BaF,)具有良好的光學透過性能,在 0.15um-14.5um的光譜范圍內，可以用作紫外和紅外光學窗口。同時,又具有優(yōu)良的閃爍性能，成為高能物理與核物理、核醫(yī)學等領域中重要的晶體材料。

（氟化鋇曲線圖）

MgF?氟化鎂:氟化鎂晶體(MgF)，熔點為 1255℃，硬度高，機械性能好，化學性能穩(wěn)定，不易潮解和腐蝕，光學性能優(yōu)，在真空紫外波段具有較高的透過率(120nm 透過率仍在 50% 以上)，透過范圍為 0.12-9um，非常適合作真空紫外至紅外波段的光學窗口材料，另外氟化鎂晶體還具有雙折射效應，可用作偏振元件。

（氟化鎂曲線圖）

LiF氟化鋰：氟化鋰晶體(LF)具有良好的光學透過性能，在0.11um-7.5um 的光譜范圍內，可以用作紫外和紅外光學窗口。同時,又具有優(yōu)良的閃爍性能，成為高能物理與核物理、核醫(yī)學等領域中重要的晶體材料。

（氟化鋰曲線圖）

Zns 硫化鋅：硫化鋅 (ZnS)是用于遠紅外波段一種很重要的光學品體,可進行快速熱壓成型。化學氣相沉積硫化鋅的透光范圍為1um-14um，高透光率，低吸收。多光譜級通過熱等靜壓工藝改進了中紅外、可見光的透過率，硫化鋅材料具備一定的抗激光能力，同時有著非常強的抗環(huán)境能力。在化學性質上是惰性材料，具有非吸濕性并且純度高，理論上非常致密且易于進行機加工。

（硫化鋅曲線圖）

Znse硒化鋅：硒化鋅 (ZnSe)是一種黃色透明的多品材料，因其在 10.6um 波段處具有極低的吸收系數而成為大功率的二氧化碳激光器首選光學材料。由于其優(yōu)異的光學性能而被廣泛用作高清晰前視紅外系統窗口、透鏡和棱鏡。此外在其整個透光波段范圍內，也是在不同光學系統中普遍使用的材料。 

（硒化鋅曲線圖）

注意：接觸強酸會產生有毒的硒化氫，不要浸入到鹽酸或硫酸的溶液中。高能量激光光束聚在表面時，熱分解會產生有毒氣體，由于激光熱量的劇烈傳導會導致 ZnSe 損壞，產生大量的氣體和粉塵，注意絕對不要徒手接觸透鏡，不要吸入所產生的蒸汽或粉塵。且無鍍膜的平面窗口由于正面和反面都存在反射，所以透過率會產生 30% 左右的損失。

Ge鍺片：作為半導體的鍺晶體在 2um-14um 波段有極好的透過性能，可以用作為中遠紅外線的光學元件使用。由于 1.5um 以下的波長不能透過，還可以作為紅外線透過濾光片使用。也可作為各種實驗用的的鍺基板使用，鍺窗口有金屬光澤，可見光被反射及吸收，但不透過。鍺窗口由于表面存在反射損失，所以透過率約為 42%左右，經過鍍膜后可顯著提高透過率。現階段下鍺作為當前國家嚴格管控的一種材料，其價格也在逐漸走高，且出口和內部使用已經需經過審核！

（鍺曲線圖）

硅片：硅（Si）窗口片的透過范圍是 1.2um-8um，主要用于 6um 以內的紅外窗口片和光學濾光片的基片。由于該材料導熱性能好密度低，也是制作激光反射鏡的常用材料，主要用于 PVD/CVD 鍍膜做襯底用作XRD(X射線行射分析)、SEM(掃描電鏡)、AFM(原子力顯微鏡)、FTR 紅外、熒光光譜等分析測試基底;同步輻射實驗樣品載體;分子東外延生長的基底:半導體光刻工藝等，硅窗口有金屬光澤，可見光被反射及吸收，但不透過，由于表面存在反射損失，所以透過率約為 53%左右。

（硅曲線圖）

Al?O?藍寶石：藍寶石 (ALO,)透過范圍為 0.2-5.5um,是一種性能優(yōu)秀的紅外光學窗口和基片材料,耐高溫且硬度高,僅次于金剛石,且耐酸堿腐蝕。藍寶石基片可用于半導體工業(yè)中的外延片，用于制作 LED 等。紫外光照射到藍寶石晶體時，有時會發(fā)生熒光；常規(guī)情況下，藍寶石沒有蒸鍍增透膜其透過率約為 85%。

（藍寶石曲線圖）

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