简述石英玻璃在光学领域的应用
发布时间：2022-08-02 来源：搜集整理 阅读次数：3165 分享到：
石英玻璃是由二氧化硅单一组分构成的特种工业技术玻璃，具有一系列特殊的物理和化学性能，并被新材料领域专家誉为“玻璃之王”。是现代信息产业、光学、光伏、半导体等国家战略性新兴产业和航空航天等国防领域的重要基础性材料。
石英玻璃的结构特点
纯净的石英玻璃由单一的二氧化硅（SiO2）成分构成，石英玻璃中的Si-O键呈短程有序、长程无序的排列状态，由于Si-O键的键能较强且较为稳定，因此石英玻璃具有较高的软化温度、极佳的光谱透过性、极低的热膨胀系数和电导率、极高的化学稳定性、耐辐照性以及在极端条件下较长的工作寿命等特点。
石英玻璃的光学性能
石英玻璃具有一系列优异的光学性能。与普通玻璃相比，高纯石英玻璃具有从远紫外（160nm）到远红外（5μm）极宽光谱内的良好透过性，这是一般光学玻璃所不具备的。优异的光谱透过性和光学均匀性使得石英玻璃广泛应用于很多光学器件领域。石英玻璃具有良好的耐辐照性能，耐辐照石英玻璃已经广泛用作“神舟”系列宇宙飞船的窗口材料，“天宫”系列空间实验室关键部件的防护罩等。
石英玻璃在光学领域的应用
光纤通讯
光纤是光传输工具，光传输是通过纤维的两端进行的，在光纤通信行业中广泛使用，光纤通信抗干扰性高，速度快，传输容量大，已经成为重要的现代通讯支柱。石英光纤发展早，技术成熟，具有高精度、高强度、高可靠性、低能耗和装配简单等优点，因此，近年来石英光纤对于人造卫星、深空探测、惯性导航等领域愈发重要。
光学透镜
随着我国科技的进步和工业水平的提高，石英玻璃的应用已经融入到了人们的日常生活当中。在新能源领域，石英玻璃被用于我国自行研制的“神光-III”主机装置中，作为真空窗口、透镜、屏蔽片、偏振片、连续相位板、光束取样光栅等终端光学组件的重要材料。在微光学材料领域，石英玻璃材料由于在紫外到红外连续波长范围内具有优良的透射比而被广泛用于微透镜行业。平时人们常见的数码相机、电脑显示屏、CCD摄像镜头、医疗器械等都用到了微型透镜。
常见的微透镜阵列
反射镜
反射镜是诸如太空望远镜、探测卫星、气象卫星和侦察卫星等空间光学系统的重要部件之一。随着空间成像技术的发展和人类对宇宙的认知逐渐加深，人们对空间光学系统的精度等方面的要求也有所提高。反射镜的镜面不仅要有较高的分辨率，还要有良好的成像质量。宇宙空间是无重力且温差大的环境，此外要考虑将光学系统发射到宇宙空间时的载荷要求，同时空间大尺寸光学系统的制作要求所用材料的热变形系数小、比刚度大、表面粗糙度小。
哈勃太空望远镜主镜坯
综合以上的性能条件，低膨胀石英玻璃就是首选材料。低膨胀石英玻璃具有极低的热膨胀系数，并且冷热加工性能优良，能够制成封闭式蜂窝结构。低膨胀石英玻璃材料的制备工艺较为成熟，在光学工程中的应用十分广泛，如哈勃太空望远镜的主镜坯。
石英玻璃的研究方向
石英玻璃作为一种特殊的光学材料，在航空航天领域、半导体领域、精密器件领域等都发挥着极其重要作用，其性能直接制约着相关装备的分辨率、精度、稳定性和可靠性等性能。然而，即便其抗辐照性能优良，在长期服役的条件下还是会受到空间高能带电粒子的辐照作用导致其光学和其它性能大幅下降，从而影响元器件的服役寿命。所以，研究空间电离辐射环境对石英玻璃材料的影响是很有必要的。
石英玻璃的结构特点
纯净的石英玻璃由单一的二氧化硅（SiO2）成分构成，石英玻璃中的Si-O键呈短程有序、长程无序的排列状态，由于Si-O键的键能较强且较为稳定，因此石英玻璃具有较高的软化温度、极佳的光谱透过性、极低的热膨胀系数和电导率、极高的化学稳定性、耐辐照性以及在极端条件下较长的工作寿命等特点。
石英玻璃的光学性能
石英玻璃具有一系列优异的光学性能。与普通玻璃相比，高纯石英玻璃具有从远紫外（160nm）到远红外（5μm）极宽光谱内的良好透过性，这是一般光学玻璃所不具备的。优异的光谱透过性和光学均匀性使得石英玻璃广泛应用于很多光学器件领域。石英玻璃具有良好的耐辐照性能，耐辐照石英玻璃已经广泛用作“神舟”系列宇宙飞船的窗口材料，“天宫”系列空间实验室关键部件的防护罩等。
石英玻璃在光学领域的应用
光纤通讯
光纤是光传输工具，光传输是通过纤维的两端进行的，在光纤通信行业中广泛使用，光纤通信抗干扰性高，速度快，传输容量大，已经成为重要的现代通讯支柱。石英光纤发展早，技术成熟，具有高精度、高强度、高可靠性、低能耗和装配简单等优点，因此，近年来石英光纤对于人造卫星、深空探测、惯性导航等领域愈发重要。
光学透镜
随着我国科技的进步和工业水平的提高，石英玻璃的应用已经融入到了人们的日常生活当中。在新能源领域，石英玻璃被用于我国自行研制的“神光-III”主机装置中，作为真空窗口、透镜、屏蔽片、偏振片、连续相位板、光束取样光栅等终端光学组件的重要材料。在微光学材料领域，石英玻璃材料由于在紫外到红外连续波长范围内具有优良的透射比而被广泛用于微透镜行业。平时人们常见的数码相机、电脑显示屏、CCD摄像镜头、医疗器械等都用到了微型透镜。
常见的微透镜阵列
反射镜
反射镜是诸如太空望远镜、探测卫星、气象卫星和侦察卫星等空间光学系统的重要部件之一。随着空间成像技术的发展和人类对宇宙的认知逐渐加深，人们对空间光学系统的精度等方面的要求也有所提高。反射镜的镜面不仅要有较高的分辨率，还要有良好的成像质量。宇宙空间是无重力且温差大的环境，此外要考虑将光学系统发射到宇宙空间时的载荷要求，同时空间大尺寸光学系统的制作要求所用材料的热变形系数小、比刚度大、表面粗糙度小。
哈勃太空望远镜主镜坯
综合以上的性能条件，低膨胀石英玻璃就是首选材料。低膨胀石英玻璃具有极低的热膨胀系数，并且冷热加工性能优良，能够制成封闭式蜂窝结构。低膨胀石英玻璃材料的制备工艺较为成熟，在光学工程中的应用十分广泛，如哈勃太空望远镜的主镜坯。
石英玻璃的研究方向
石英玻璃作为一种特殊的光学材料，在航空航天领域、半导体领域、精密器件领域等都发挥着极其重要作用，其性能直接制约着相关装备的分辨率、精度、稳定性和可靠性等性能。然而，即便其抗辐照性能优良，在长期服役的条件下还是会受到空间高能带电粒子的辐照作用导致其光学和其它性能大幅下降，从而影响元器件的服役寿命。所以，研究空间电离辐射环境对石英玻璃材料的影响是很有必要的。
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