Оптическая керамика – это передовые промышленные материалы, разработанные для использования в оптических приложениях. Оптические материалы извлекают выгоду из своего отклика на инфракрасный, оптический и ультрафиолетовый свет. Наиболее очевидными оптическими материалами являются промышленные стекла, но керамика также была разработана для ряда оптических применений.
В чистом виде большинство керамических изделий являются широкозонными изоляторами. Это означает, что существует большой разрыв запрещенных состояний между энергией наивысших заполненных электронных уровней и энергией следующего наивысшего незанятого уровня. Если эта ширина запрещенной зоны больше энергии оптического света, эти керамики будут оптически прозрачными (хотя порошки и пористые брикеты такой керамики будут белыми и непрозрачными из-за рассеяния света). Два применения оптически прозрачной керамики – это окна для считывателей штрих-кодов в супермаркетах и инфракрасные окна с лазерным обогревом и лазерные окна.
Сапфир (монокристаллическая форма оксида алюминия, Al2O3) использовался для витрин супермаркетов. Он сочетает в себе оптическую прозрачность с высокой устойчивостью к царапинам. Точно так же монокристаллическая или прозрачная для инфракрасного излучения поликристаллическая керамика, такая как хлорид натрия (NaCl), хлорид калия, легированный рубидием (KCl), фторид кальция (CaF) и фторид стронция (SrF2), использовались для устойчивых к эрозии инфракрасных обтекателей, как окна для инфракрасных детекторов и инфракрасные лазерные окна. Эти поликристаллические галогенидные материалы имеют тенденцию пропускать волны меньшей длины, чем оксиды, распространяясь вниз в инфракрасную область; однако их зерна и пористость рассеивают излучение. Поэтому их лучше всего использовать в качестве монокристаллов. Как таковые, однако, галогениды недостаточно прочны для больших окон: они могут пластически деформироваться под действием собственного веса. Чтобы усилить их, монокристаллы обычно подвергают горячей ковке, чтобы вызвать чистые границы зерен и большие размеры зерен, которые не значительно снижают пропускание инфракрасного излучения, но позволяют телу противостоять деформации. В качестве альтернативы, крупнозернистый материал может быть отлит под давлением.
Существует также электрооптическая керамика. Это материалы, которые сочетают в себе оптическую прозрачность с оптическим или электрооптическим поведением, изменяющимся по напряжению. Монокристаллические материалы включают ниобат лития (LiNbO3) и танталат лития (LiTaO3). Такая оптическая керамика в широком ассортименте представлена в компании С-компонент. Поликристаллические ЭО материалы включают танталат цирконата свинца, модифицированный лантаном, известный как PLZT. Среди других свойств эти материалы демонстрируют двулучепреломление в зависимости от напряжения. Двойное лучепреломление – это разница между показателем преломления, параллельным оптической оси кристалла, и показателем преломления, перпендикулярным оптической оси. Поскольку скорость распространения в обоих направлениях различна, происходит сдвиг фазы, и этот сдвиг фазы может варьироваться в зависимости от приложенного напряжения. Такое поведение является основой ряда оптических устройств, включая переключатели, модуляторы и демодуляторы для высокоскоростной оптической связи. Тонкие керамические пленки также могут быть интегрированы с кремниевыми полупроводниками в так называемые оптоэлектронные интегральные схемы.
© digitrode.ru