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光学材料:サファイヤ

赤以外に色がある場合、サファイアは鉱物の鋼玉(酸化アルミニウム:Al2O3)の宝石類を指します。サファイアは自然で発見されるか、あるいは大きな結晶ブールに製造することができます。サファイアは、波長域170nm〜5.3μm(紫外から赤外)で非常に透明であるばかりか、ガラスより5倍強い結晶です。
これにより、分光用の高圧チャンバーの合成サファイア・ウインドウに使われています。酸化物結晶の中で最も硬いサファイアは、高温でもその強さと、より良い熱特性を保ちます。300℃以下のHFだけでなく、1000℃までの高温度下で、通常の酸やアルカリに対する化学的耐性についてはよく知られています。
ウィンドウ、レンズおよびブランクのための最大の利用可能なサイズ:100mm径 x 10mm厚、および100mm角x 10mm厚です。


サファイヤの基本特性

【光学特性】
 ・透過域:0.17 ~ 5.5μm
 ・屈折率:1.75449 (o) 1.74663 (e) at 1.06μm
 ・反射損 :14% at 1.06 μm (2 面)
 ・吸収係数:0.3 x 10-3e cm-1 at 2.4μm
 ・Restrahlenピーク:13.5μm
 ・dN/dT :13.7 x 10-6e at 5.4μm
 ・dN/dμ = 0:1.5μm

【物理的特性】

 ・密度:3.97 g/cm3
 ・融点:2040°C
 ・熱伝導性:27.21 W/(m*K) at 300K
 ・熱膨張:5.6 (paral) & 5.0 (perp) x 10-6e/K *
 ・硬度:Knoop 2000 with 2000g indenter
 ・比熱容量:419 J/(kg K)
 ・誘電率:11.5 (paral) 9.4 (perp) at 1MHz
 ・ヤング率(E):335 GPa
 ・剛性率(G):148.1 GPa
 ・体積弾性率(K):240 GPa
 ・弾性係数:C11=496 C12=164 C13=115 C33=498 C44=148
 ・明白な弾性限界:275 MPa (40,000 psi)
 ・ポアソン比:0.25

【化学的特性】

 ・可溶性:98x10-6 g/100g water
 ・分子量:101.96
 ・クラス/構造:Trigonal (hex), R3c

【屈折率】

波長(μm) 0.308 0.325 0.337 0.351 0.355 0.442 0.458
屈折率 (ne)  1.811 1.805 1.801 1.797 1.796 1.780 1.778
屈折率 (no) 1.802 1.796 1.792 1.788 1.787 1.772 1.770
波長(μm) 0.488 0.532 0.55 0.590 0.633 0.670 0.694
屈折率 (ne) 1.775 1.773 1.772 1.768 1.766 1.764 1.763
屈折率 (no) 1.767 1.765 1.764 1.760 1.758 1.756 1.755
波長(μm) 0.775 0.780 0.800 0.820 0.980 1.064 1.320
屈折率 (ne) 1.761 1.761 1.760 1.760 1.756 1.754 1.750
屈折率 (no) 1.753 1.753 1.752 1.7528 1.748 1.747 1.742
波長(μm) 1.550 2.010 2.249 2.703 2.942 3.333 3.704
屈折率 (ne) 1.746 1.737 1.732 1.719 1.712 1.701 1.687
屈折率 (no) 1.738 1.729 1.724 1.711 1.704 1.693 1.699
波長(μm) 4.000 4.348 4.762 5.000 5.263  
屈折率 (ne) 1.674 1.658 1.636 1.623 1.607  
屈折率 (no) 1.666 1.65 1.628 1.615 1.599