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          簡述石英玻璃在光學領域的應用
          發布時間:2022-08-02    來源:搜集整理   閱讀次數:1285 分享到:
          石英玻璃是由二氧化硅單一組分構成的特種工業技術玻璃,具有一系列特殊的物理和化學性能,并被新材料領域專家譽為“玻璃之王”。是現代信息產業、光學、光伏、半導體等國家戰略性新興產業和航空航天等國防領域的重要基礎性材料。

          石英玻璃的結構特點
          純凈的石英玻璃由單一的二氧化硅(SiO2)成分構成,石英玻璃中的Si-O鍵呈短程有序、長程無序的排列狀態,由于Si-O鍵的鍵能較強且較為穩定,因此石英玻璃具有較高的軟化溫度、極佳的光譜透過性、極低的熱膨脹系數和電導率、極高的化學穩定性、耐輻照性以及在極端條件下較長的工作壽命等特點。

          石英玻璃的光學性能
          石英玻璃具有一系列優異的光學性能。與普通玻璃相比,高純石英玻璃具有從遠紫外(160nm)到遠紅外(5μm)極寬光譜內的良好透過性,這是一般光學玻璃所不具備的。優異的光譜透過性和光學均勻性使得石英玻璃廣泛應用于很多光學器件領域。石英玻璃具有良好的耐輻照性能,耐輻照石英玻璃已經廣泛用作“神舟”系列宇宙飛船的窗口材料,“天宮”系列空間實驗室關鍵部件的防護罩等。

          石英玻璃在光學領域的應用

          光纖通訊
          光纖是光傳輸工具,光傳輸是通過纖維的兩端進行的,在光纖通信行業中廣泛使用,光纖通信抗干擾性高,速度快,傳輸容量大,已經成為重要的現代通訊支柱。石英光纖發展早,技術成熟,具有高精度、高強度、高可靠性、低能耗和裝配簡單等優點,因此,近年來石英光纖對于人造衛星、深空探測、慣性導航等領域愈發重要。

          光學透鏡
          隨著我國科技的進步和工業水平的提高,石英玻璃的應用已經融入到了人們的日常生活當中。在新能源領域,石英玻璃被用于我國自行研制的“神光-III”主機裝置中,作為真空窗口、透鏡、屏蔽片、偏振片、連續相位板、光束取樣光柵等終端光學組件的重要材料。在微光學材料領域,石英玻璃材料由于在紫外到紅外連續波長范圍內具有優良的透射比而被廣泛用于微透鏡行業。平時人們常見的數碼相機、電腦顯示屏、CCD攝像鏡頭、醫療器械等都用到了微型透鏡。

          常見的微透鏡陣列
          反射鏡
          反射鏡是諸如太空望遠鏡、探測衛星、氣象衛星和偵察衛星等空間光學系統的重要部件之一。隨著空間成像技術的發展和人類對宇宙的認知逐漸加深,人們對空間光學系統的精度等方面的要求也有所提高。反射鏡的鏡面不僅要有較高的分辨率,還要有良好的成像質量。宇宙空間是無重力且溫差大的環境,此外要考慮將光學系統發射到宇宙空間時的載荷要求,同時空間大尺寸光學系統的制作要求所用材料的熱變形系數小、比剛度大、表面粗糙度小。

          哈勃太空望遠鏡主鏡坯
          綜合以上的性能條件,低膨脹石英玻璃就是首選材料。低膨脹石英玻璃具有極低的熱膨脹系數,并且冷熱加工性能優良,能夠制成封閉式蜂窩結構。低膨脹石英玻璃材料的制備工藝較為成熟,在光學工程中的應用十分廣泛,如哈勃太空望遠鏡的主鏡坯。

          石英玻璃的研究方向
          石英玻璃作為一種特殊的光學材料,在航空航天領域、半導體領域、精密器件領域等都發揮著極其重要作用,其性能直接制約著相關裝備的分辨率、精度、穩定性和可靠性等性能。然而,即便其抗輻照性能優良,在長期服役的條件下還是會受到空間高能帶電粒子的輻照作用導致其光學和其它性能大幅下降,從而影響元器件的服役壽命。所以,研究空間電離輻射環境對石英玻璃材料的影響是很有必要的。
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