#Y2025 #光学材料 Update date: 2025-09-25 氟化钙Calcium Fluoride（化学式：CaF2）是钙的氟化物，为白色晶体，难溶于水，单晶是透明的。它是萤石矿物的主要成分，也是氟元素的主要来源，可用于制取氟化氢、氟气、氟化物等重要化学试剂。氟化钙 (CaF₂) 是一种重要的光学材料，因其从紫外线 (UV) 到红外线 (IR) 光谱的广泛透明度范围而备受推崇。这种广泛的传输范围使其非常适合用于各种光学应用，包括成像系统和光谱中的紫外线和红外线镜头、窗户和棱镜。CaF₂ 以其低折射率和最小色散而闻名，这有助于减少光学系统中的色差。此外，它具有出色的热性能和机械性能，使其适用于高功率激光系统和恶劣的环境条件。这些特性使 CaF₂ 成为先进光学技术中用途广泛且有价值的材料。  以下内容引用自：[又爱又恨的特种光学材料——刁蛮公主氟化钙](https://mp.weixin.qq.com/s/jWvZFjZbvd499L8XRL1_nw) ### 一、主要优点与特点 1. **极宽的透光范围** - **从深紫外到中红外**：这是氟化钙最核心的优势。其透光波段通常为 **0.13 μm ~ 10 μm**。 - **优异的紫外透过性能**：它在紫外区域（特别是深紫外DUV，<200 nm）的透过率远高于其他常见的光学玻璃和晶体，例如熔融石英。这使得它成为**光刻机**、紫外激光系统、紫外光谱仪等应用中的关键材料。 - **良好的红外透过性**：也能很好地透过中红外光，可用于一些红外光学系统。 2. **极低的折射率** - 氟化钙的折射率较低（约1.43 @ 587.6 nm），这意味着光在从空气进入氟化钙镜片时，反射损失相对较小。这对于减少透镜系统的眩光和提高透过率是有利的。 3. **非常低的色散（阿贝数高）** - 氟化钙的**阿贝数（Abbe Number）** 很高（约95），这意味着它的色散能力很弱，即对不同波长光的折射率差异很小。这个特性使其成为制作消色差透镜的理想材料。 - 通常将一片低色散的氟化钙透镜和一片高色散的冕牌玻璃透镜粘合在一起，可以极大地校正由色散引起的色差，从而显著提高成像质量。这种组合广泛应用于高性能的显微镜物镜、天文望远镜和精密摄像镜头中。 4. **高激光损伤阈值** - 氟化钙晶体能够承受较高功率的激光照射而不易被损坏，尤其是在紫外波段。这使得它成为高功率紫外激光器，例如ArF、KrF准分子激光器的光学元件的首选窗口和透镜材料。 5. **各向同性** - 氟化钙属于立方晶系，是光学各向同性体。这意味着其光学性质在各个方向上是一致的，不会产生双折射现象，简化了光学设计和加工。 ### 二、主要局限性与缺点 1. **质地较软，机械性能差** - 莫氏硬度仅为4，**努氏硬度约为 158.3 kg/mm2（使用100g载荷测试）**。非常容易被划伤。其脆性也较大，抗冲击性能差，在安装和清洁时需要格外小心。 2. **热性能一般** - **热膨胀系数较高**：约为18.9 x 10⁻⁶/°C，比熔融石英高一个数量级。 - **热导率较低**：传热慢。 - 这两个特性结合在一起，使其**抗热冲击性能较差**。当受到高功率激光的局部加热或环境温度剧烈变化时，容易因热应力而破裂或性能改变。这在设计高功率激光系统时需要重点考虑。 3. **潮解性（轻微）** - 氟化钙虽然不溶于水，但其表面会与空气中的水分发生轻微反应，长期在潮湿环境下性能可能会缓慢退化。通常需要通过镀制防水增透膜来保护。 4. **价格昂贵，加工难度大** - 生长高质量、大尺寸、无缺陷的氟化钙单晶非常困难，工艺复杂，周期长，导致其**成本非常高**，远高于普通光学玻璃和熔融石英。 - 由于其软而脆的特性，抛光加工也比玻璃更困难，要达到高面型精度需要更高的工艺水平。 **主要应用领域包括：** - **半导体光刻（最核心的应用）**：光刻机的投影物镜组必须使用氟化钙透镜，以透过极短的193nm甚至更短的紫外光，从而实现更小的芯片制程。 - **紫外/深紫外激光系统**：作为激光器的输出窗口、透镜和棱镜。 - **高性能消色差透镜组**：与光学玻璃组合，用于显微镜、望远镜、高端摄影镜头等。 - **光谱仪光学元件**：特别是紫外和红外光谱仪的棱镜、透镜。 - **红外热成像系统**：作为部分红外波段的窗口材料。 总而言之，当你的应用涉及**深紫外光**或需要**极致地消除色差**时，氟化钙往往是不可替代的选择，尽管需要为其付出高昂的成本和精心的维护代价。 --- 版权声明: 感谢您的阅读，本文由[超光](https://faster-than-light.net/)版权所有。如若转载，请注明出处。