激光技术自1960年诞生并快速发展，激光应用的领域越来越广泛。在激光发生和激光传输应用过程中，需要对光的指向、频率带宽、偏振相位、能量强度和分布等参数，按照设计或使用的要求进行调整。这些激光参数的调整通常是利用光在不同介质中的透射、折射、反射、干涉和衍射原理，或者利用某些光学材料的独特性能（如双折射、磁光、压电等效应），采用不同的光学材料和制备工艺，所获得的种类繁多的激光光学元件来加以实现。
激光光学元件包含激光透镜、激光反射镜、激光窗口片、激光棱镜、激光偏振元件、激光分光元件等，它们在光路中起到会聚/发散光线、反射光线、光束切割/分割等作用。下面的表 1 列出了用于激光光学元件的常用基片以及它们的关键特性，还有每种材料的透射率曲线。表1中的所有数值均为 1064nm 和 20° C 时的测量值，所有透射率曲线均显示 5mm 厚的基片在无菲涅耳反射的情况下进行的内部透射率。透射率数据使用光谱仪采集。
| Material | 透射率范围 (nm) | 折射率 (n) | 色散系数 (v) | 群速度色散 (fs2/mm) | dn/dT (10-6/K) | 热膨胀系数 (10-6/K) | 相对价格 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CaF2 | 200nm - 7μm | 1.429 | 95.1 | 17.280 | -10.6 | 8.85 | $$$ |
| UV 级熔融石英 (Corning HPFS®7980) | 185nm - 2.1µm | 1.450 | 67.8 | 16.476 | 9.6 | 0.55 | $$ |
| KrF 级熔融石英 (Corning HPFS®7980) | 185nm - 2.1µm, T ≥ 99.9% @ 248nm | 1.450 | 67.8 | 16.476 | 9.6 | 0.55 | $$$ |
| IR 级熔融石英 (Corning HPFS®7979) | 300nm - 3.5µm | 1.451 | 67.8 | 16.476 | 9.7 | 0.55 | $$($) |
| N-BK7 | 350 - 2000nm | 1.507 | 64.2 | 22.369 | 3.0 | 7.1 | $ |
| N-SF5 | 330 - 2500nm | 1.651 | 32.3 | 77.779 | 3.4 | 7.9 | $ |
| 蓝宝石* | 200 - 5500nm | 1.755 | 72.2 | 28.588 | 13.1 | 5.4 | $$$ |
| N-SF11 | 400 - 2500nm | 1.754 | 25.8 | 118.44 | 2.4 | 8.5 | $ |
*蓝宝石是一种双折射材料，所有规格均与 C 轴平行
图 1: CaF2 在 UV 和 IR 光谱中具有优异的透射性能，是 UV 和 IR 激 光光学应用的理想选择
图 2: 蓝宝石高度耐用，可以在从 UV 到 IR 的广泛波长范围内使用
图 3: 熔融石英可用于 UV 和 IR 级别，通过材料中 OH 含量的多少来区分
图 4: 尽管熔融石英在激光光学中较为常见，但 CaF2、蓝宝石、N-BK7、N-SF5 和 N-SF11 在一些透射激光光学元件中也有应用
图 5: N-BK7、N-SF5、N-SF11 在 IR 光谱中的透射率迅速下降
参考文献
[1] H. Malitson. “A redetermination of some optical properties of calcium fluoride,” Appl. Opt. 2, 1103-1107 (1963)
[2] “Corning HPFS® 7979, 7980, 8655 Fused Silica.” Corning, February 2014.
[3] “Optical Glass Data Sheets.” Schott, February 2014.
[4] I. H. Malitson. “Refraction and dispersion of synthetic sapphire,” J. Opt. Soc. Am. 52, 1377-1379 (1962)
[5] Collier, David, and Rod Schuster. “Superpolishing Deep-UV Optics.” Photonics Spectra, February 2005.
