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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Si52

2.3.4 GaAs和GaP57

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ZnSe73

2.3.8 CVD SiC和Si3N481

2.3.9 MgF2和CaF283

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Si87

2.4.2 GaAs和GaP89

2.4.3 氧化物光学陶瓷90

2.4.4 CVD ZnS和CVD ZnSe97

2.4.5 β-SiC和α-Si3N4101

2.4.6 MgF2和CaF2102

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v124

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Y2O3199

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GaP229

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 ZnSe252

5.4 CVDβ-SiC265

5.5 CVD GaP271

5.6 CVD Si3N4274

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