結晶構造と特性
-サファイアは、菱面体結晶構造を持つ酸化アルミニウム (Al2O3) の結晶形です。
-バンドギャップが 8.7 eV と非常に広く、深紫外 (UV) から中赤外 (IR) 領域まで透明で、透過範囲は 0.15 μm ～ 5.5 μm です。
-サファイアは非常に優れた硬度 (モース硬度 9) と化学的不活性を示し、傷、摩耗、過酷な環境に対して非常に耐性があります。
-融点が2,050℃と高く、熱伝導率に優れているため、高温や強い放射線にも耐えられます。
-サファイアは可視域で 1.77 と比較的高い屈折率を持っており、高屈折率材料を必要とする光学部品に役立ちます。
光学用途
-UV 光学系: サファイアは、その広いバンドギャップと優れた UV 透過性により、レンズ、窓、フィルターなどの UV 領域の光学系に広く使用されています。
-レーザー光学系: サファイアは、その優れた熱的特性と機械的特性により、レーザー ロッド、窓、その他の光学部品の材料として高出力レーザー システムで一般的に使用されています。
-赤外線光学系: サファイアは、高温、強力な放射線、または過酷な環境に遭遇する用途で、レンズ、窓、ドームなどの赤外線光学系に利用されます。
-保護コーティング: サファイアは、その卓越した硬度と耐傷性により、カメラレンズや時計のクリスタルなどの光学部品の保護コーティング材料として使用されています。
製造と加工
-単結晶サファイアは通常、チョクラルスキー法、熱交換器法 (HEM)、またはエッジ定義膜供給成長 (EFG) 法などの技術を使用して成長します。
-サファイアを研磨すると、表面粗さが極めて低い高品質の光学面が得られます。
課題と限界
-高品質で大口径のサファイア結晶の製造は、高温と特殊な技術が必要なため、困難かつ高価になる可能性があります。
-サファイアは複屈折材料であり、複屈折を示すため、偏光効果を最小限に抑える必要がある特定の光学用途では制限となる可能性があります。
-サファイアは硬度が高いため、柔らかい光学材料に比べて機械加工や加工がより困難になる可能性があります。
