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第1章 红外光学材料基础1

1.1 引言1

1.2 大气窗口1

1.3 黑体辐射——普朗克辐射定律5

1.4 波动方程和光学常数7

1.5 反射和折射10

1.6 薄膜光学13

1.7 折射指数和色散17

1.8 在各向异性介质中光的传播——双折射20

1.9 透明介质中光的散射26

1.10 透明介质热辐射的发射率30

1.11 断裂强度和断裂韧性33

1.12 断裂强度的统计分析37

1.13 抗热冲击品质因子39

1.13.1 压力诱导应力39

1.13.2 热诱导应力41

1.13.3 品质因子43

1.14 激光窗口的光畸变44

参考文献47

第2章 红外光学材料的光学性质49

2.1 引言49

2.2 反射49

2.3 透过率和吸收系数及与温度的关系51

2.3.1 概述51

2.3.2 红外光学材料的透射波段54

2.3.3 Ge和Si55

2.3.4 GaAs和GaP60

2.3.5 蓝宝石和氧化铝多晶67

2.3.6 氧化物多晶光学陶瓷－MgAl2O4、MgO、Y2O3、石英和YAG72

2.3.7 ZnS和ZnSe78

2.3.8 CVD SiC和CVD Si3N486

2.3.9 MgF2和CaF288

2.3.10 硫系化合物玻璃92

2.4 折射指数、色散和折射指数与温度的关系94

2.4.1 Ge和Si94

2.4.2 GaAs和GaP96

2.4.3 氧化物光学陶瓷96

2.4.4 CVD ZnS和CVD ZnSe103

2.4.5 β-SiC和α－Si3N4108

2.4.6 MgF2和CaF2110

2.4.7 硫系玻璃112

2.5 散射114

2.6 发射率118

2.7 红外光学材料的微波透射性质124

参考文献129

第3章 红外光学材料的力学与热学性质134

3.1 引言134

3.2 红外光学材料力学和热学性质134

3.2.1 弹性模量E和泊松比V134

3.2.2 热导率137

3.2.3 热膨胀系数146

3.3 红外光学材料的硬度及其影响因素154

3.3.1 硬度测试155

3.3.2 温度对硬度的影响156

3.3.3 晶粒尺寸的影响156

3.3.4 压力的影响160

3.3.5 形成固溶体改善硬度160

3.3.6 化学键对硬度的影响161

3.3.7 硬度和材料其他参数的关系162

3.4 红外光学材料断裂强度及其影响因素163

3.4.1 常用的强度测试方法163

3.4.2 陶瓷材料强度的影响因素165

3.5 蓝宝石单晶的高温强度173

3.5.1 温度对蓝宝石强度的影响173

3.5.2 蓝宝石高温强度的改善176

3.6 红外光学材料的断裂韧性179

3.7 红外光学材料抗热冲击品质因子182

3.8 固体粒子对红外光学元件表面的冲击损伤184

3.9 红外光学元件表面的雨蚀189

3.10 激光窗口用光学材料192

参考文献199

第4章 红外光学材料的制备方法和工艺203

4.1 引言203

4.2 热压工艺203

4.2.1 热压的工艺原理204

4.2.2 ZnS和ZnSe的热压206

4.2.3 热压制备其他光学材料208

4.3 烧结、热压烧结和热等静压法210

4.3.1 烧结、热等静压制备ZnS211

4.3.2 尖晶石（MgAl2O4）的制备213

4.3.3 氮氧化铝（AlON）晶体217

4.4 纳米和亚微米氧化物透明陶瓷的制备222

4.4.1 透明Al2O3多晶陶瓷223

4.4.2 Nd：YAG226

4.4.3 纳米MgO和Y2O3228

4.5 熔体定向凝固法231

4.5.1 定向凝固的热流及温度分布231

4.5.2 热交换法（HEM）233

4.5.3 梯度凝固法（GSM）239

4.5.4 垂直梯度凝固法（VGF）241

4.5.5 泡生法（kyropoulos法）241

4.5.6 水平法生长蓝宝石243

4.6 导模法244

4.6.1 导模法生长原理245

4.6.2 导模法工艺246

4.7 直拉生长法（Czochralski法）250

4.7.1 熔体生长的基本原理250

4.7.2 锗和硅单晶生长257

4.7.3 Ⅲ－V族化合物半导体GaAs和GaP261

参考文献269

第5章 化学气相沉积制备红外光学材料274

5.1 引言274

5.2 化学气相沉积基础275

5.2.1 概述275

5.2.2 温度的影响277

5.2.3 反应剂分子向衬底表面的传输280

5.2.4 压力的影响283

5.2.5 反应剂气体流动状态285

5.3 CVD ZnS和CVD ZnSe287

5.4 CVD β-SiC304

5.5 CVD GaP310

5.6 CVD Si3N4313

参考文献314

第6章 金刚石光学材料319

6.1 概述319

6.2 CVD金刚石性质320

6.2.1 CVD金刚石的光学性能323

6.2.2 CVD金刚石的热学性质329

6.2.3 CVD金刚石的力学性质331

6.2.4 金刚石的氧化和保护334

6.3 CVD金刚石生长机理337

6.3.1 表面激活337

6.3.2 生长机制339

6.3.3 缺陷的产生340

6.3.4 原子H的输送341

6.4 CVD金刚石生长工艺343

6.4.1 MWCVD金刚石合成343

6.4.2 直流电弧放电等离子体合成金刚石349

6.4.3 燃烧火焰喷射合成金刚石354

6.5 金刚石涂层356

6.5.1 锗上的金刚石涂层358

6.5.2 ZnS上的金刚石膜359

6.6 CVD金刚石表面加工363

6.6.1 激光束平滑技术363

6.6.2 热金属研磨金刚石表面的热化学抛光技术364

6.6.3 等离子体腐蚀抛光365

参考文献366

第7章 增透膜和保护膜371

7.1 引言371

7.2 红外光学材料的宽带增透膜371

7.3 薄膜制备方法378

7.4 表面凸起结构的减反射382

7.5 光学元件表面保护390

7.6 类金刚石碳（DLC）膜392

7.7 GeC膜400

7.7.1 GeC膜的制备400

7.7.2 GeC膜的光学性质401

7.7.3 GeC膜的力学性能404

7.8 BP和GaP膜404

7.8.1 BP膜的制备405

7.8.2 BP膜的结构406

7.8.3 BP膜的光学性质408

7.8.4 BP膜的力学性质410

7.9 雨蚀保护411

7.10 沙蚀保护420

7.11 其他硬质保护膜423

7.12 透明导电膜429

7.12.1 金属网格滤波器429

7.12.2 导电衬底和导电膜430

7.12.3 导电网格设计434

参考文献435