Кристаллический кварц

Кристаллический кварц обладает выраженным двулучепреломлением и высокой объёмной однородностью показателя преломления. Широкое применение кристаллического кварца в оптической промышленности, радиотехнике, электронике, оптоэлектронике и приборостроении обусловлено его хорошей прозрачностью для видимого, ближнего ИК и УФ излучения (Кристаллический кварц обладает высоким пропусканием в диапазоне 190-2900 нм) обеспечивает I категорию бессвильности, в нем практически отсутствуют пузыри и включения, в УФ излучении кристаллический кварц не люминесцирует, наличием двулучепреломления, высокой теплоустойчивостью, а также способностью вращать плоскость поляризации для создания высокоточных и ответственных оптических компонентов для лазерной, поляризационной и спектральной оптики благодаря следующим отличительным свойствам:

  • высокой оптической однородности и внутреннему кристаллографическому совершенству;
  • относительно высокой твердости, которая сама по себе обеспечивает хорошую обрабатываемость материала и износостойкость рабочих поверхностей в процессе эксплуатации;
  • высокой химической стойкости к воздействию окружающей среды;
  • нерастворимостью в воде и других растворителях;
  • низкому коэффициенту теплового расширения;
  • хорошим диэлектрическим характеристикам, в том числе, в широких частотном и температурном диапазонах и в сильных электрических полях;
  • широким диапазоном оптического пропускания;
  • устойчивости к действию мощного лазерного (в том числе УФ) излучения.

Физические свойства

Плотность, г/см3 2,65
Температура плавления, оС 1467
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м×K) (T=25оС) 10.7 (параллельно оси Z)
6.2 (перпендикулярно оси Z)
Коэффициент теплового расширения в диапазоне T : 0-25оС, оС-1 7.1 × 10-6 (параллельно оси Z)
13.2 × 10-6 (перпендикулярно оси Z)
Твердость (по Моосу) 7
Удельная теплоемкость, Дж/(кг × K ) ( T = 25оС) 710
Диэлектрическая постоянная при 30МГц 4.34 (параллельно оси Z)
4.27 (перпендикулярно оси Z)
Модуль Юнга (E), ГПа 97.2 (параллельно оси Z)
76.5 (перпендикулярно оси Z)
Модуль сдвига (G), ГПа 31,14
Модуль объемной деформации (K), ГПа 36,4
Химическая стабильность Нерастворим в воде
Коэффициенты упругости C11=87 C12=7 C44=58 C13=13 C14=18 C33=106

 

Зависимость показателя преломления кристаллического кварца от длины волны

l, микроны n0 ne l, микроны n0 ne l, микроны n0 ne
0.185 1.676 1.690 0.243 1.605 1.617 0.589 1.544 1.553
0,194 1.660 1.673 0,263 1.593 1,604 1.083 1,534 1.543
0,204 1.643 1,656 0.291 1,581 1.591 1.800 1,524 1.532
0.219 1,625 1.637 0,340 1,567 1,577 2.500 1,512 1.520
0,231 1.614 1,262 0.405 1.557 1,567 3.000 1,500 1.507

Кристаллический кварц используется для производства силовой лазерной оптики, а также для точной поляризационной оптики как, фазовые пластинки и поляризующие вращатели.

Для таких применений наиболее важными параметрами являются однородность показателя преломления, минимальная пузырность, высокое пропускание в ГУФ области спектра, радиационная и УФ-стойкость, а также поляризационная однородность. В качестве направления роста используется ось Z.

Основные параметры качества материала следующие:

  • двойники, свили, микропузыри, в том числе и их скопления, включения и трещины не допускаются;
  • поляризационная однородность: нет видимого изменения освещённости поля между скрещенными поляризаторами;
  • однородность показателя преломления:
    категория 1 (экстра): Λ n < 3 x 10-6 (TWD <= λ /10 на каждые 25.4 мм толщины);
    категория 2 (стандартная): Λ n < 3 x 10-5 (TWD <= λ на каждые 25.4 мм толщины);
  • количество каналов травления, см-2: типично <= 30;
    поглощение:
    класс A: α <= 0.01 см-1 на 190 нм, α <= 0.03 см-1 на 2800 нм;
    класс A1: α <= 0.025 см-1 на 190 нм, α >= 0.045 см-1 на 2800 нм.

Кристаллический кварц также используется для менее критичных приложений, таких как оптические фильтры, окна, призмы, линзы. Данный материал сортируется по величине поглощения на длине волны 3.585 микрона (или по значению добротности Q).

Основные параметры качества материала следующие:

  • свили, трещины, микропузыри, в том числе, и их скопления, не допускаются;
  • включения, видимые невооруженным взглядом, не допускаются.

Доступные размеры кристаллов данной категории:

  • для кристаллов, выращенных вдоль оси Z: X >= 100 мм, Y >= 150 мм и Z до 35 мм;
  • для кристаллов, выращенных вдоль оси X: X до 30 мм, Y >= 100 мм и Z >= 125 мм.