光學(xué)玻璃

簡介

包括無色光學(xué)玻璃(通常簡稱光學(xué)玻璃)、有色光學(xué)玻璃、耐輻射光學(xué)玻璃、防輻射玻璃和光學(xué)石英玻璃等。光學(xué)玻璃具有高度的透明性、化學(xué)及物理學(xué)(結(jié)構(gòu)和性能)上的高度均勻性，具有特定和精確的光學(xué)常數(shù)。它可分為硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、氟化物和硫系化合物系列。品種繁多，主要按他們在折射率(nD)-阿貝值(VD)圖中的位置來分類。傳統(tǒng)上nD>1.60，VD>50和nD<1.60，VD>55的各類玻璃定為冕(K)玻璃，其余各類玻璃定為火石(F)玻璃。冕玻璃一般作凸透鏡，火石玻璃作凹透鏡。通常冕玻璃屬于含堿硼硅酸鹽體系，輕冕玻璃屬于鋁硅酸鹽體系，重冕玻璃及鋇火石玻璃屬于無堿硼硅酸鹽體系，絕大部分的火石玻璃屬于鉛鉀硅酸鹽體系。隨著光學(xué)玻璃的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，其品種在不斷擴(kuò)大，其組成中幾乎包括周期表中的所有元素。

 通過折射、反射、透過方式傳遞光線或通過吸收改變光的強(qiáng)度或光譜分布的一種無機(jī)玻璃態(tài)材料。具有穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì)和高度光學(xué)均勻性。

按光學(xué)特性分為

①無色光學(xué)玻璃。對光學(xué)常數(shù)有特定要求，具有可見區(qū)高透過、無選擇吸收著色等特點。按阿貝數(shù)大小分為冕類和火石類玻璃，各類又按折射率高低分為若干種，并按折射率大小依次排列。多用作望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、照相機(jī)等的透鏡、棱鏡、反射鏡等。

②防輻照光學(xué)玻璃。對高能輻照有較大的吸收能力，有高鉛玻璃和CaO-B2O2系統(tǒng)玻璃，前者可防止γ射線和X射線輻照，后者可吸收慢中子和熱中子，主要用于核工業(yè)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等作為屏蔽和窺視窗口材料。

③耐輻照光學(xué)玻璃。在一定的γ射線、X射線輻照下，可見區(qū)透過率變化較少，品種和牌號與無色光學(xué)玻璃相同，用于制造高能輻照下的光學(xué)儀器和窺視窗口。

④有色光學(xué)玻璃。又稱濾光玻璃。對紫外、可見、紅外區(qū)特定波長有選擇吸收和透過性能，按光譜特性分為選擇性吸收型、截止型和中性灰3類；按著色機(jī)理分為離子著色、金屬膠體著色和硫硒化物著色3類，主要用于制造濾光器。

⑤紫外和紅外光學(xué)玻璃。在紫外或紅外波段具有特定的光學(xué)常數(shù)和高透過率，用作紫外、紅外光學(xué)儀器或用作窗口材料。

⑥光學(xué)石英玻璃。以二氧化硅為主要成分，具有耐高溫、膨脹系數(shù)低、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)性能好等特點，用于制造對各種波段透過有特殊要求的棱鏡、透鏡、窗口和反射鏡等。此外，還有用于大規(guī)模集成電路制造的光掩膜板、液晶顯示器面板、影像光盤盤基薄板玻璃；光沿著磁力線方向通過玻璃時偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的磁光玻璃；光按一定方向通過傳輸超聲波的玻璃時，發(fā)生光的衍射、反射、匯聚或光頻移的聲光玻璃等。

光學(xué)玻璃的發(fā)展

光學(xué)玻璃的發(fā)展和光學(xué)儀器的發(fā)展是密不可分的。光學(xué)系統(tǒng)新的改革往往向光學(xué)玻璃提出新的要求，因而推動了光學(xué)玻璃的發(fā)展，同樣，新品種玻璃的試制成功也也往往反過來促進(jìn)了光學(xué)儀器的發(fā)展。

最早被人們用來制作光學(xué)零件的光學(xué)材料是天然晶體，據(jù)稱古代亞西利亞用水晶作透鏡，而在古代中國則應(yīng)用天然電氣石（茶鏡）和黃水晶?？脊偶易C明公元三千年前在埃及和我們（戰(zhàn)國時代）人們已能制造玻璃。但是玻璃作為眼鏡和鏡子還是十三世紀(jì)在威尼斯開始的。恩格斯在“自然辨證法”中對此曾給予很高的評價，認(rèn)為這是當(dāng)時的卓越發(fā)明之一。此后由于天文學(xué)家與航海學(xué)的發(fā)展需要，伽利略、牛頓、笛卡兒等也用玻璃制造了望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡。從十六世紀(jì)開始玻璃已成為制造光學(xué)零件的主要材料了。

到了十七世紀(jì)，光學(xué)系統(tǒng)的消色差成為光學(xué)儀器的中心問題。這時由于改進(jìn)了玻璃成分，在玻璃中引入了氧化鉛，赫爾才于1729年獲得第一對消色差透鏡，從此，光學(xué)玻璃就被分為冤牌和燧石玻璃兩個大類。

1768年紀(jì)南在法國首先用粘土棒攪拌的方法制得了均勻的光學(xué)玻璃，從而開始建立了獨立的光學(xué)玻璃制造工業(yè)。在十九世紀(jì)中葉，幾個發(fā)達(dá)的資本主義國家都先后建立了自己的光學(xué)玻璃工廠，如法國帕臘-芒圖公司（1872年）、英國錢斯公司（1848）、德國蕭特公司(1848)等。

十九世紀(jì)光學(xué)儀器有很大發(fā)展。第一次世界大戰(zhàn)前夕，德國為了迅速發(fā)展軍用光學(xué)儀器，要求打破光學(xué)玻璃品種貧乏的限制。這時，著名物理學(xué)家阿員參加了蕭特廠的工作。他在玻璃中加入了新的氧化物如BaO，B2O3,ZnO，P2O3等，并且研究了它他對玻璃光學(xué)常數(shù)的影響。在這基礎(chǔ)上，發(fā)展了鋇冤、硼冤、鋅冤等類型玻璃，同時也開始試制了特殊相對部分色散的燧石玻璃。在這時期內(nèi)，光學(xué)玻璃品種有了很大的擴(kuò)展，因而在光學(xué)儀器方面出現(xiàn)了較完整的照相機(jī)及顯微鏡物鏡。

直至二十世紀(jì)三十年代以前，大部分工作仍在蕭特廠基礎(chǔ)上進(jìn)行。到1934年獲得了一系列重冤玻璃，如德國號SK-16（620/603）及SK-18（639/555）等。到此為止，可以認(rèn)為是光學(xué)玻璃發(fā)展的一個階段。 

二次世界大戰(zhàn)前后，隨著各種光學(xué)儀器如航空攝影，紫外與紅外光譜儀器、高級照相物鏡等的發(fā)展，對光學(xué)玻璃又產(chǎn)生了新的需要。這時，光學(xué)玻璃也就相應(yīng)地有了新的發(fā)展。1942年，美國摩萊（Morey）及以后蘇聯(lián)與德國的科學(xué)工作者都相繼把稀士及稀散氧化物引入玻璃中，因而擴(kuò)大了玻璃品種，得到了一系列高折射率低色散的光學(xué)玻璃，如德國LaK,LaF，蘇聯(lián)CTK及ТЬФ等品種系列。與此同時，也進(jìn)行了低折射率大色散玻璃的研究并得到一系列氟鈦硅酸鹽系統(tǒng)的光學(xué)玻璃，如蘇聯(lián)ЛФ-9，ЛФ-12，德國F-16等品種。

由于各種新品種光學(xué)玻璃在加工或使用性能上或多或少地存在著缺陷，因此在研究擴(kuò)展光學(xué)玻璃領(lǐng)域的同時，還針對改善各種新品種光學(xué)玻璃的物理和物理化學(xué)性質(zhì)。以及生產(chǎn)工藝進(jìn)行了許多工作。

綜觀以上歷史發(fā)展的過程，可以預(yù)言今后光學(xué)玻璃的發(fā)展方向是：

①制得特別高折射率的玻璃；

②制得特殊相對部分色散的玻璃；

③發(fā)展紅外及紫外光學(xué)玻璃；　

④取代玻璃中某些不良的成分如放射性的THO2，有毒的BcO，Sb2O3等；

⑤提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性；

⑥提高玻璃透明度和防止玻璃幅射著色；

⑦改進(jìn)工藝過程，降低新品種玻璃價格。