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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Si 55

2.3.4 GaAs和GaP 60

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YAG 72

2.3.7 ZnS和ZnSe 78

2.3.8 CVD SiC和CVD Si3N4 86

2.3.9 MgF2和CaF2 88

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Si 94

2.4.2 GaAs和GaP 96

2.4.3 氧化物光学陶瓷 96

2.4.4 CVD ZnS和CVD ZnSe 103

2.4.5 β-SiC和α－Si3N4 108

2.4.6 MgF2和CaF2 110

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V 134

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ZnS 211

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：YAG 226

4.4.3 纳米MgO和Y2O3 228

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GaP 261

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 ZnSe 287

5.4 CVD β-SiC 304

5.5 CVD GaP 310

5.6 CVD Si3N4 313

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