アルミナの光学特性、特に屈折率は光学材料・窓材・宝石(サファイア)の評価において重要な物性値です。
本記事では、アルミナの屈折率の値・複屈折性・サファイアとしての光学応用を解説していきます。
アルミナの屈折率は「約1.76(常光線)・1.77(異常光線)」で複屈折性を持つ
それではまず、アルミナの屈折率の基本を解説していきます。
単結晶α-アルミナ(サファイア)の屈折率は波長589 nm(ナトリウムD線)において、常光線(no)約1.768・異常光線(ne)約1.760です。
アルミナの光学特性:三方晶系の結晶構造により光学的異方性(複屈折性)を持つ一軸性(負の複屈折)材料。屈折率は1.76〜1.77程度(可視光範囲)。透明性:紫外域(約150 nm)から中赤外域(約5μm)まで広い透明域を持つ(特にサファイア基板)。多結晶アルミナセラミックは白色不透明(光の散乱による)。
サファイアとしての光学応用
単結晶αアルミナ(サファイア)は広い透明域・高硬度(モース9)・化学安定性を持ち、優れた光学材料です。
スマートフォンのカメラレンズカバー・時計のクリスタル・半導体製造の光学窓・高出力レーザー窓材・紫外線透過窓などに使われます。
人工サファイア(合成サファイア)はチョクラルスキー法・EFG法・KY法などで工業的に製造されます。
多結晶アルミナの透光性
通常の多結晶アルミナセラミックは白色不透明ですが、特殊な焼結技術(熱間等方圧プレスHIPなどで気孔をほぼゼロにする)によって透光性アルミナ(ルシャロックスなど商品名)が製造できます。
透光性アルミナはサファイアより安価に製造でき、高圧ナトリウムランプの発光管・高温観察窓などに使われます。
まとめ
本記事では、アルミナの屈折率(約1.76〜1.77)・複屈折性・サファイアとしての光学応用・透光性アルミナを解説してきました。
サファイアとして光学材料・宝石・半導体基板に使われるアルミナの光学特性は、コランダム構造の光学的異方性と広い透明域から生まれており、現代のフォトニクス・半導体産業に不可欠な素材のひとつです。