• 正在加载中...
  • 光学玻璃

    种能改变光的传播方向,并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的玻璃。狭义的光学玻璃是指无色光学玻璃;广义的光学玻璃还包括有色光学玻璃、激光玻璃、石英光学玻璃、抗辐射玻璃、紫外红外光学玻璃、纤维光学玻璃、声光玻璃、磁光玻璃和光变色玻璃。光学玻璃可用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜及窗口等。由光学玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件。

    编辑摘要

    目录

    前景/光学玻璃 编辑

    光学玻璃是光电技术产业的基础和重要组成部分。特别是在20世纪90年代以后,随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合,作为光电子基础材料的光学玻璃在光传输、光储存和光电显示三大领域的应用更是突飞猛进,成为社会信息化尤其是光电信息技术发展的基础条件之一。
    《中国光学玻璃制造行业产销需求与投资预测分析告前瞻》数据显示随着国内经济持续、稳定发展,中国光学玻璃制造行业发展迅猛。根据国家统计局数据显示,2010年,光学玻璃制造行业规模以上企业数量达246家,行业全年实现销售收入为234.05亿元,同比增长53.70%;实现利润15.37亿元,同比增长87.10%;资产规模达到264.50亿元,同比增长77.49%。由于光学玻璃制造行业以国内销售为主,金融危机对其影响相对较小,行业依然表现出较好的增长势头。
    近年来,中国已经逐渐成为世界上重要的光学玻璃制造生产基地。国外企业加速进入中国,与国内企业组建合资公司,经过激烈的市场竞争的锤炼,三资企业已经成为了中国光学玻璃制造行业的竞争主体,民营企业紧随其后。

    正文/光学玻璃 编辑

    光学玻璃用于制造光学仪器或机械系统的透镜、棱镜、反射镜、窗口等的玻璃材料。包括无色光学玻璃(通常简称光学玻璃)、有色光学玻璃、耐辐射光学玻璃、防辐射玻璃和光学石


    英玻璃等。光学玻璃具有高度的透明性、化学及物理学(结构和性能)上的高度均匀性,具有特定和精确的光学常数。它可分为硅酸盐、硼酸盐磷酸盐氟化物和硫系化合物系列。品种繁多,主要按他们在折射率(nD)-阿贝值(VD)图中的位置来分类。传统上nD>1.60,VD>50和nD55的各类玻璃定为冕(K)玻璃,其余各类玻璃定为火石(F)玻璃。冕玻璃一般作凸透镜,火石玻璃作凹透镜。通常冕玻璃属于含碱硼硅酸盐体系,轻冕玻璃属于铝硅酸盐体系,重冕玻璃及钡火石玻璃属于无碱硼硅酸盐体系,绝大部分的火石玻璃属于铅钾硅酸盐体系。随着光学玻璃的应用领域不断拓宽,其品种在不断扩大,其组成中几乎包括周期表中的所有元素。
    通过折射、反射、透过方式传递光线或通过吸收改变光的强度或光谱分布的一种无机玻璃态材料。具有稳定的光学性质和高度光学均匀性为了使光学系统传递的图像清晰、不畸变,要求玻璃具有高度的均匀性以及特定而且精确的光学常数。
    1768年,法国人P.L.纪南在粘土坩埚中采用搅拌的方法首创均匀的光学玻璃。中国在50年代开始研制光学玻璃,60年代已能生产出50~60个牌号,在近10~20年来发展了特殊相对色散玻璃、热光畸变小的光学玻璃,并改善了它们的化学稳定性和析晶性能。 

     

    分类  /光学玻璃 编辑

    按光学特性分为:无色光学玻璃 、 防辐照光学玻璃耐辐照光学玻璃有色光学玻璃、紫外和红外光学玻璃、光学石英玻璃

    光学玻璃无色光学玻璃
    ①无色光学玻璃 对光学常数有特定要求,具有可见区高透过、无选择吸收着色等特点。按阿贝数大小分为冕类和火石类玻璃,各类又按折射率高低分为若干种,并按折射率大小依次排列。多用作望远镜、显微镜照相机 等的透镜、棱镜反射镜 等。
    ②防辐照光学玻璃。对高能辐照有较大的吸收能力,有高铅玻璃和CaO-B2O2系统玻璃,前者可防止γ射线和X射线辐照,后者可吸收慢中子和热中子,主要用于核工业、医学领域等作为屏蔽和窥视窗口材料。
    ③耐辐照光学玻璃。在一定的γ射线、X射线辐照下,可见区透过率变化较少,品种和牌号 与无色光学玻璃相同,用于制造高能辐照下的光学仪器和窥视窗口。
    ④有色光学玻璃。又称滤光玻璃 。对紫外、可见、红外区特定波长有选择吸收和透过性能,按光谱特性分为选择性吸收型、截止型和中性灰3类;按着色机理分为离子着色、金属胶体着色和硫硒化物着色3类,主要用于制造滤光器。
    ⑤紫外和红外光学玻璃 在紫外或红外波段具有特定的光学常数和高透过率,用作紫外、红外光学仪器或用作窗口材料。
    光学玻璃光学石英玻璃
    ⑥光学石英玻璃 以二氧化硅为主要成分,具有耐高温、膨胀系数 低、机械强度高、化学性能好等特点,用于制造对各种波段透过有特殊要求的棱镜、透镜、窗口 和反射镜等。此外,还有用于大规模集成电路制造的光掩板、液晶显示器面板、影像光盘盘基薄板玻璃;光沿着磁力线方向通过玻璃时偏振面发生旋转的磁光玻璃 ;光按一定方向通过传输超声波的玻璃时,发生光的衍射、反射、汇聚或光频移的声光玻璃 等。
    按色散又分为两类:色散较小的为冕类(K),色散较大的为火石类(F)。
    ①冕类光学玻璃 分为氟冕(FK)、轻冕(QK)、磷冕(PK)、重磷冕 (ZPK)、冕(K)、重冕(ZK)、钡冕(BaK)、镧冕(LaK)、钛冕(TiK)和特冕(TK)等。
    ②火石类光学玻璃 分为轻火石(QF)、火石(F)、重火石(ZF)、钡火石(BaF)、重钡火石 (ZBaF)、镧火石(laf )、重镧火石(ZLaF)、钛火石(TiF)、冕火石(KF)和特种火石(TF)等。它们在折射率nd色散系数v 的关系图像(见图)中分布在不同的领域。
    光学玻璃光学玻璃

    抗辐射玻璃  是广义光学玻璃的一种。包括防辐射玻璃和耐辐射玻璃。
    防辐射玻璃 主要是对 γ射线和X射线有较大吸收能力的玻璃。当γ射线或X射线进入防护玻璃时,由于玻璃内部产生光电效应、生成正负电子对,同时产生激发态和自由态电子,使射入的 γ射线或X射线能量减小,穿透力下降,起到了防护作用。
    当防辐射玻璃的密度增加时,屏蔽能力也相应增加。防γ射线的玻璃的密度通常不小于4.5g/cm。近年来,已开始用密度为6.2~6.5g/cm的玻璃,常用的有ZF系列。
    ②耐辐射光学玻璃 主要指在γ射线作用下不易着色的光学玻璃。耐辐射光学玻璃牌号的命名,仍根据光学玻璃牌号,注明能耐辐射的伦琴数,例如,K509耐辐射光学玻璃的光学常数同K9,且能耐10伦琴剂量的γ射线。普通玻璃受高能射线辐射后产生自由电子,它与玻璃内部的缺位结合,形成色心。同时也可使原子核移位,破坏了正常的结构,也产生色心,使玻璃着色。
    耐辐射光学玻璃中引入了CeO2,在高能γ射线辐照后,由于光学玻璃,能俘获电子,不使玻璃内部产生色心,且因Ce和Ce的吸收带在紫外区。当CeO2含量过高时,在紫外、红外的吸收带延伸到可见光区,使可见光的蓝色区域吸收增加,导致玻璃呈黄色。同时,也会因玻璃中其他成分的影响而加深颜色,所以CeO2的含量不能太高,在K509中CeO2的含量约为0.4%~0.5%,在K709中CeO2约为1%。

    原料/光学玻璃 编辑

    以优质石英砂为主料。适当加入辅料。由于稀土具有高的折射率,低的色散和良好的化学稳定性,可生产光学玻璃,用于制造高级照相机摄像机望远镜高级光学仪器镜头。例如一种含氧化镧lao360%,氧化硼b2o340%的具有优良光学性质的镧玻璃,是制造高级照相机的镜头和潜望镜的镜头的不可缺少的光学材料。另外,利用一些稀土元素的防辐射特性,可生产防辐射玻璃。

    生产方法/光学玻璃 编辑

    光学玻璃光学玻璃
    生产光学玻璃的原料是一些氧化物、氢氧化物、硝酸盐和碳酸盐,并根据配方的要求,引入磷酸盐氟化 物。为了保证玻璃的透明度,必须严格控制着色杂质的含量,如铁、铬、 、镍等。配料时要求准确称量、均匀混合。主要的生产过程是熔炼、成型、退火和检验。
    ①熔炼 有单坩埚间歇熔炼法和池窑(见 )连续熔炼法。单坩埚熔炼法又可分为粘土坩埚熔炼法和铂坩埚熔炼法。不论采用何种熔炼方式均需用搅拌器搅拌,并严格控制温度和搅拌,使玻璃液达到高度均匀。粘土坩埚能熔炼绝大部分冕玻璃和火石玻璃,成本低,且在玻璃的熔化温度 超过铂的使用温度时采用。铂坩埚可熔炼质量较高、对粘土坩埚有严重侵蚀作用的玻璃,如重冕、重钡火石、稀土玻璃和氟磷玻璃 。铂坩埚用电加热,一般采用硅碳棒或硅钼棒电炉。但制造析晶倾向大、要求迅速降温以及对气氛有一定要求的玻璃,则可采用高频加热。
    60年代以来,各国相继采用内衬铂的连续池窑熔炼,使光学玻璃的产量大大提高,质量也好,这是目前光学玻璃生产工艺发展的主要趋势。
    ②成型 光学玻璃的成型法有古典破埚法、滚压法和浇注法,但目前越来越广泛地采用漏料成型(用单坩埚或连熔流出料液),能直接拉棒或滴料压型或漏料成型大尺寸的毛坯,提高料滴利用率和成品率。
    ③退火 为了最大限度地消除玻璃的内应力,提高光学均匀性,必须制定严格的退火制度,进行精密退火。
    ④检验 测定的指标有:光学常数、光学均匀度、应力双折射 、条纹、气泡等。

    冷加工技术/光学玻璃 编辑

    光学玻璃光学玻璃
    一种利用化学气相热处理手段以及单片钠钙硅玻璃来改变其原来分子结构而不影响玻璃原有颜色及透光率 ,使其达到超硬度标准,在高温火焰冲击下以满足防火要求的超硬度防火玻璃及其制造方法、专用设备 。它是由下述重量配比的组份制成:钾盐蒸气(72%~83%)、氩气(7%~10%)、气态氯化铜 (8%~12%)、氮气(2%~6%)。它包含以下工艺流程:以钠钙硅玻璃为基片进行切割,精磨边的冷加工→对冷加工后的钠钙硅玻璃进行化学气相热处理→将钠钙硅 玻璃表面进行镀防火保护膜的处理→将钠钙硅玻璃表面进行特种物理钢化处理。由缸体及其与之相套合的缸盖、与缸盖一体连接的反应釜构成专用热分解气化设备。

    发展方向/光学玻璃 编辑

    光学玻璃光学玻璃

    各国致力于开发新品种,主要有:①发展特殊相对色散的玻璃,更好地调整二级光谱及满足彩色摄影彩色电视和多光谱摄影等技术的需要,实行超全消色差设计。②发展高折射低色散光学玻璃和低折射高色散玻璃,以校正球面像差和色差,改进宽视场光学系统的成像质量。发展高折射低色散玻璃,也是为了解决广角航空摄影镜头像面弯曲问题。③发展高色散和低色散玻璃,以及高折射率和低折射率玻璃,增加阿贝值之差和增加折射率之差来消除高级球差。④发展高折射率玻璃,加大光学系统的相对孔径。⑤在高折射率的范围内发展更多的不同阿贝值的玻璃,消除系统的色散。⑥发展热光稳定、畸变小的光学玻璃、红外和紫外光学玻璃、耐高辐射剂量的光学玻璃。特殊的低熔点玻璃,可直接模压光学元件,不需或只需少量冷加工,提供非球面设计。

    光学玻璃的质量要求/光学玻璃 编辑

    光学玻璃和其它玻璃的不同之点在于它作为光学系统的一个组成部分,必须满足光学成象的要求。因此,光学玻璃质量的判定也包括某些特殊的和较严格的指标。对光学玻璃有以下要求:
    一、特定的光学常数以及同一批玻璃光学常数的一致性
    每一品种光学玻璃对不同波长光线都有规定的标准折射率数值,作为光学设计者设计光学系统的依据。所以工厂生产的光学玻璃的光学常数必须在这些数值一定的容许偏差范围以内,否则将使实际的成象质量与设计时预期的结果不符而影响光学仪器的质量。同时由于同批仪器往往采用同批光学玻璃制造,为了便于仪器的统一校正,同批玻璃的折射率容许偏差要较它们与标准值的偏差更加严格。
    二、高度的透明性
    光学系统成象的亮度和玻璃透明度成比例关系。光学玻璃对某一波长光线的透明度以光吸收系数Kλ表示。光线通过一系列棱镜和透镜后,其能量部分损耗于光学零件的界面反射而另一部分为介质(玻璃)本身所吸收。前者随玻璃折射率的增加而增加,对高折射率玻璃此值甚大,如对重燧玻璃一个表面光反射损耗约6%左右。因此对于包含多片薄透镜的光学系统,提高透过率的主要途径在于减少透镜表面的反射损耗,如涂敷表面增透膜层等。而对于大尺寸的光学零件如天文望远镜的物镜等,由于其厚度较大,光学系统的透过率主要决定于玻璃本身的光吸收系数。通过提高玻璃原料的纯度以及在从配料到熔炼的整个过程中防止任何着色性杂质混入,一般可以使玻璃的光吸收系数小于0.01(即厚度为1厘米的玻璃对光透过率大于99%)。[1]

    添加视频 | 添加图册相关影像

    参考资料
    [1]^引用日期:2010-04-18
    扩展阅读
    1干福熹等:《光学玻璃》,中下册,第二版,科学出版社,北京,982985。 2论文天下

    互动百科的词条(含所附图片)系由网友上传,如果涉嫌侵权,请与客服联系,我们将按照法律之相关规定及时进行处理。未经许可,禁止商业网站等复制、抓取本站内容;合理使用者,请注明来源于www.baike.com。

    登录后使用互动百科的服务,将会得到个性化的提示和帮助,还有机会和专业认证智愿者沟通。

    互动百科用户登录注册
    此词条还可添加  信息模块
    编辑摘要

    WIKI热度

    1. 编辑次数:15次 历史版本
    2. 参与编辑人数:8
    3. 最近更新时间:2015-05-29 16:01:46

    贡献光荣榜

    更多

    互动百科

    扫码下载APP