什么是光学玻璃?

[拼音]：guangxue boli

[外文]：optical glass

一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。

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。

有无色光学玻璃和抗辐射玻璃。

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与色散系数v的关系图像（见图）中分布在不同的领域。

是广义光学玻璃的一种。包括防辐射玻璃和耐辐射玻璃。

（1）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/cm3。近年来，已开始用密度为6.2～6.5g/cm3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105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


，能俘获电子，不使玻璃内部产生色心，且因Ce4+和Ce3+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％。

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，引入磷酸盐或氟化物。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、铜、锰、钴、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(见窑)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。

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的像面弯曲问题。

（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。

参考书目

干福熹等：《光学玻璃》，中、下册，第二版，科学出版社，北京，1982、1985。