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第一章 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 19

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 抗热冲击品质因子 43

参考文献 44

第二章 红外光学材料的光学性质 46

2.1 引言 46

2.2 反射 46

2.3 透过率和吸收系数及与温度的关系 48

2.3.1 概述 48

2.3.2 红外光学材料的透射波段 51

2.3.3 Ge和Si 52

2.3.4 GaAs和GaP 57

2.3.5 蓝宝石和氧化铝多晶 64

2.3.6 氧化物多晶光学陶瓷——MgAl2O4、AlON、MgO、Y2O3和石英 68

2.3.7 ZnS和ZnSe 73

2.3.8 CVD SiC和Si3N4 81

2.3.9 MgF2和CaF2 83

2.3.10 硫系化合物玻璃 85

2.4 折射指数、色散和折射指数与温度的关系 87

2.4.1 Ge和Si 87

2.4.2 GaAs和GaP 89

2.4.3 氧化物光学陶瓷 90

2.4.4 CVD ZnS和CVD ZnSe 97

2.4.5 β-SiC和α-Si3N4 101

2.4.6 MgF2和CaF2 102

2.4.7 硫系玻璃 105

2.5 散射 106

2.6 发射率 110

2.7 红外光学材料的微波透射性质 115

参考文献 120

第三章 红外光学材料的力学与热学性质 124

3.1 引言 124

3.2 红外光学材料的力学和热学性质 124

3.2.1 弹性模量E和泊松比v 124

3.2.2 热导率 127

3.2.3 热膨胀系数 134

3.3 红外光学材料的硬度及其影响因素 141

3.3.1 硬度测试 141

3.3.2 温度对硬度的影响 142

3.3.3 晶粒尺寸的影响 143

3.3.4 压力的影响 146

3.3.5 形成固溶体改善硬度 146

3.3.6 化学键对硬度的影响 147

3.3.7 硬度和材料其他参数的关系 148

3.4 红外光学材料断裂强度及其影响因素 150

3.4.1 常用的强度测试方法 150

3.4.2 陶瓷材料强度的影响因素 151

3.5 蓝宝石单晶的高温强度 157

3.5.1 温度对蓝宝石强度的影响 157

3.5.2 蓝宝石高温强度的改善 161

3.6 红外光学材料的断裂韧性 163

3.7 红外光学材料抗热冲击品质因子 166

3.8 固体粒子对红外光学元件表面的腐蚀 169

3.9 液体粒子对红外光学元件表面的腐蚀 173

参考文献 177

第四章 红外光学材料的制备方法和工艺 180

4.1 引言 180

4.2 热压工艺 180

4.2.1 热压的工艺原理 181

4.2.2 ZnS和ZnSe的热压 183

4.2.3 热压制备其他光学材料 185

4.3 烧结、热压烧结和热等静压法 186

4.3.1 尖晶石（MgAl2O4）的制备 188

4.3.2 氮氧化铝（AlON）晶体 192

4.4 纳米和亚微米氧化物透明陶瓷的制备 195

4.4.1 透明Al2O3多晶陶瓷 196

4.4.2 纳米MgO和Y2O3 199

4.5 熔体定向凝固法 202

4.5.1 定向凝固的热流及温度分布 202

4.5.2 热交换法（HEM） 204

4.5.3 梯度凝固法（Gradient Solidification Methed,GSM） 210

4.5.4 垂直梯度凝固法（VGF） 211

4.6 导模法（EFG） 212

4.6.1 导模法生长原理 212

4.6.2 导模法工艺 214

4.7 直拉生长法（Czochralski法） 217

4.7.1 熔体生长的基本原理 217

4.7.2 锗和硅单晶生长 224

4.7.3 Ⅲ～Ⅴ族化合物半导体 GaAs和GaP 229

参考文献 236

第五章 化学汽相沉积制备红外光学材料 239

5.1 引言 239

5.2 化学汽相沉积基础 240

5.2.1 概述 240

5.2.2 温度的影响 242

5.2.3 反应剂分子向衬底表面的传输 246

5.2.4 压力的影响 248

5.2.5 反应剂气体流动状态 250

5.3 CVD ZnS和CVD ZnSe 252

5.4 CVDβ-SiC 265

5.5 CVD GaP 271

5.6 CVD Si3N4 274

参考文献 276

第六章 金刚石光学材料 279

6.1 引言 279

6.2 CVD金刚石性质 280

6.2.1 CVD金刚石的光学性能 282

6.2.2 CVD金刚石的热学性质 288

6.2.3 CVD金刚石的力学性质 290

6.2.4 金刚石的氧化和保护 293

6.3 CVD金刚石生长机理 295

6.3.1 表面激活 295

6.3.2 生长机制 297

6.3.3 缺陷的产生 299

6.3.4 原子H的输送 299

6.4 CVD金刚石生长工艺 301

6.4.1 微波等离子体化学气相沉积（MWCVD）金刚石合成 301

6.4.2 直流电弧（DC）放电等离子体合成金刚石 305

6.4.3 燃烧火焰喷射合成金刚石 309

6.5 金刚石涂层 313

6.5.1 锗上的金刚石涂层 314

6.5.2 ZnS上的金刚石膜 315

6.6 CVD金刚石表面加工 319

6.6.1 激光束平滑技术 319

6.6.2 热金属研磨金刚石表面的热化学抛光技术 320

6.6.3 等离子体腐蚀抛光 321

参考文献 323

第七章 增透膜和保护膜 326

7.1 引言 326

7.2 红外光学材料的宽带增透膜 326

7.3 薄膜制备方法 333

7.4 表面凸起结构的减反射 337

7.5 光学元件表面保护 345

7.6 类金刚石碳（DLC）膜 347

7.7 GeC膜 355

7.7.1 GeC膜的制备 355

7.7.2 GeC膜的光学性质 355

7.7.3 GeC膜的力学性能 358

7.8 BP膜和GaP膜 359

7.8.1 BP膜的制备 360

7.8.2 BP膜的结构 361

7.8.3 BP膜的光学性质 361

7.8.4 BP膜的力学性质 365

7.9 雨蚀保护 366

7.10 沙蚀保护 374

7.11 其他硬质保护膜 377

7.12 透明导电膜 382

7.12.1 金属网格滤波器 383

7.12.2 导电衬底和导电膜 384

参考文献 388