一、强光探照灯光学材料介绍

1.硅胶

硅胶是一种高活性吸附材料，属非晶态物质，其化学分子式为mSiO2.nH2O。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。各种型号的硅胶因其制造方法不同而形成不同的微孔结构。硅胶的化学组分和物理结构，决定了它具有许多其他同类材料难以取代的特点：吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。因为硅胶耐温高(也可以过回流焊),因此常用直接封装在强光探照灯芯片上。一般硅胶透镜体积较小，直径3~10mm。

2.玻璃

玻璃是一种无规则结构的非晶态固体，玻璃具有高透过率。玻璃分为两种，冕牌玻璃和火石玻璃(F),其中K代表冕牌玻璃，F代表火石玻璃。冕牌玻璃的特征是其折射率较小而色相系数较大，有QK、K、PK、BaK、ZK、LaK等；火石玻璃的特征则相反，其折射率较大而色相系数较小，有KF、QF、BaF、F、ZF、ZBaF、LaF、TF、ZLaF等。另外，材料的光学均匀性、化学稳定性(折射率大时往往较软，化学稳定性差)、气泡、条纹、内应力等，皆对成像有影响。总之应根据仪器要求挑选不同等级的玻璃。光学玻璃材料，具有透光率高(97%)耐温高等特点；缺点：易碎、非球面精度不易实现、生产效率低、成本高等。

3.亚克力(PMMA)

PMMA也称甲基丙烯酸甲酯，俗称有机玻璃，是迄今为止合成透明材料中质地最优异，价格比较适宜的品种。PMMA是目前最优良的高分子透明材料，可见光透过率达到92%,比玻璃的透光率高。紫外光会穿透PMMA,与聚碳酸酯相比，PMMA具有更佳的稳定性。PMMA允许小于nm波长的红外线通过；存在特殊的有色PMMA,可以让特定波长的红外光透过，同时阻挡可见光。优点：生产效率高(可以通过注塑完成),透光率高(3mm厚度时穿透率93%左右);缺点：耐温70%(热变形温度90度)。

4.PC

PC也称聚碳酸酯，属于塑胶类材料，由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。采用光学级聚碳酸酯制作的光学透镜不仅可用于照相机、显微镜、望远镜及光学测试仪器等，还可用于电影投影机透镜、复印机透镜、红外自动调焦投影仪透镜、激光束打印机透镜，以及各种棱镜、多面反射镜等诸多系统，应用范围广阔。优点：生产效率高(可以通过注塑完成),耐温高(℃以上);缺点：透光率稍低(87%)。

二、非成像光学定义

传统的几何光学是以提高光学系统的成像质量为宗旨的学科，它所追求的是如何在焦平面上获得完美的图像。就传统光学系统汇聚光的性能而言，任何利用成像原理聚光的系统都远未达到理论上的聚光能力。因此对于各种纯聚光要求的应用来说，如太阳能领域和高能物理领域，只有放弃成像要求才有可能获得理想的结果。

正因如此，近20年来很多学者致力于非成像聚能器的研究，并由此形成了一门新兴的技术科学——非成像光学。非成像光学不追求获得理想的成像，而是要求光源的光通过光学系统后得到重新分布，以有效传递能量为目的。由于没经过光学设计的强光探照灯的光强分布曲线一般呈现为近圆形，但这样的配光曲线并不适用于所有的照明环境。

为了有效重新分配强光探照灯发出的光线，非成像光学设计显得非常必要。经过非成像光学设计的强光探照灯能够适应对应的照明环境，将光能有效地分配到应该照亮的地方。与此同时，非成像光学设计可以有效地减少强光探照灯灯具产生的弦光，保护用户的眼睛。

在成像光学设计中，光学系统作为成像工具，基本上都用几何光学的概念来研究其规律，对能量传递的研究较少。从物理学观点考虑，光线携带着辐射能，光线的方向也就是辐射能的传播方向。因此，从能量的角度考虑，光学系统也可以成为传递辐射能量的工具，影响着能量传播的过程，非成像光学就是从能量传递规律的角度对光学系统进行研究的。

非成像光学应用于主要目的是对光能传递的控制而非成像的系统中。然而成像并不被排除在非成像设计之外。非成像光学需要解决的两个主要辐射传递的设计问题是使传递能量最大化，并且得到需要的照度分布。这两个设计领域通常被简单地称为集光和照明。非成像光学应用于许多不同的领域，例如太阳能采集，光纤照明，显示系统以及强光探照灯照明。