光學玻璃——用于光學領域的玻璃

能改變光的傳播方向，并能改變紫外、可見或紅外光的相對光譜分布的玻璃。狹義的光學玻璃是指無色光學玻璃；廣義的光學玻璃還包括有色光學玻璃、激光玻璃、石英光學玻璃、抗輻射玻璃、紫外紅外光學玻璃、纖維光學玻璃、聲光玻璃、磁光玻璃和光變色玻璃。光學玻璃可用于制造光學儀器中的透鏡、棱鏡、反射鏡及窗口等。由光學玻璃構成的部件是光學儀器中的關鍵性元件。

概念

傳輸光線的非晶態(tài)(玻璃態(tài))光介質材料?？捎靡宰龀衫忡R、透鏡、濾光片等各種光學元件，光線通過后可改變傳播方向、位相及強度等。根據(jù)不同的要求，可把光學玻璃分為三大類：①無色光學玻璃——在可見及近紅外相當寬廣波段內(nèi)幾乎是全透明的，是使用量大的光學玻璃。按折射率和色散的不同有上百個牌號，可分為兩個品種，即冕牌光學玻璃(以K代表)和火石光學玻璃(以F代表)。冕牌玻璃是硼硅酸鹽玻璃，加入氧化鋁后成為火石玻璃。二者的主要區(qū)別是火石玻璃的折射率和色散都較大，因而光譜元件多用它制造。②耐輻射光學玻璃——具有無色光學玻璃的各項性質，并能在放射性照射下基本不改變性能。用于受γ輻照的光學儀器，其品種及牌號與無色光學玻璃相同。其化學成分是在無色光學玻璃的基礎上，添加少量二氧化鈰來消除高能輻射在玻璃中形成的色心，使這種玻璃在受輻照后光吸收變化很小。③有色光學玻璃——對某些波長的光具有特定吸收或透射性能。亦稱濾光玻璃，有百余個品種。顏色濾光片對某些顏色能選擇吸收，中性濾光片對所有波長的光的吸收相同，只是減低光束強度而不改變其顏色。干涉濾光片則是根據(jù)光的干涉原理，將不需要的顏色反射掉而不是吸收。

近年來又發(fā)展了一些新品種的光學玻璃，如對紅外和紫外有良好透過率的玻璃;折射率或色散特高或特低的玻璃;隨著光強變色的玻璃;光沿磁力線方向通過玻璃時偏振面發(fā)生旋轉的磁光玻璃;在外電場作用下產(chǎn)生雙折射的電光玻璃等等。

前景

光學玻璃是光電技術產(chǎn)業(yè)的基礎和重要組成部分。特別是在20世紀90年代以后，隨著光學與電子信息科學、新材料科學的不斷融合，作為光電子基礎材料的光學玻璃在光傳輸、光儲存和光電顯示三大領域的應用更是突飛猛進，成為社會信息化尤其是光電信息技術發(fā)展的基礎條件之一。

隨著國內(nèi)經(jīng)濟持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展，中國光學玻璃制造行業(yè)發(fā)展迅猛。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2010年，光學玻璃制造行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量達246家，行業(yè)全年實現(xiàn)銷售收入為234.05億元，同比增長53.70%;實現(xiàn)利潤15.37億元，同比增長87.10%;資產(chǎn)規(guī)模達到264.50億元，同比增長77.49%。由于光學玻璃制造行業(yè)以國內(nèi)銷售為主，金融危機對其影響相對較小，行業(yè)依然表現(xiàn)出較好的增長勢頭。

簡介

用于制造光學儀器或機械系統(tǒng)的透鏡、棱鏡、反射鏡、窗口等的玻璃材料。包括無色光學玻璃(通常簡稱光學玻璃)、有色光學玻璃、耐輻射光學玻璃、防輻射玻璃和光學石英玻璃等。光學玻璃具有高度的透明性、化學及物理學(結構和性能)上的高度均勻性，具有特定和的光學常數(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。隨著光學玻璃的應用領域不斷拓寬，其品種在不斷擴大，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度或光譜分布的一種無機玻璃態(tài)材料。具有穩(wěn)定的光學性質和高度光學均勻性。

光學分類

對光學常數(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。多用作望遠鏡、顯微鏡、照相機等的透鏡、棱鏡、反射鏡等。

防輻照光學玻璃

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)學領域等作為屏蔽和窺視窗口材料。

耐輻照光學玻璃

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玻璃相同，用于制造高能輻照下的光學儀器和窺視窗口。

有色光學玻璃

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。

紫外和紅外光學玻璃

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

光學石英玻璃

以二氧化硅為主要成分，具有耐高溫、膨脹系數(shù)低、機械強度高、化學性能好等。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。

色散分類

按色散又分為兩類：色散較小的為冕類(K)，色散較大的為火石類(F)。

①冕類光學玻璃　分為氟冕(FK)、輕冕(QK)、磷冕(PK)、重磷冕 (ZPK)、冕(K)、重冕(ZK)、鋇冕(BaK)、鑭冕(LaK)、鈦冕(TiK)和特冕(TK)等。

②火石類光學玻璃　分為輕火石(QF)、火石(F)、重火石(ZF)、鋇火石(BaF)、重鋇火石 (ZBaF)、鑭火石(LaF)、重鑭火石(ZLaF)、鈦火石(TiF)、冕火石(KF)和特種火石(TF)等。它們在折射率nd與色散系數(shù)v的關系圖像（見圖）中分布在不同的領域。

抗輻射

抗輻射玻璃 是廣義光學玻璃的一種。包括防輻射玻璃和耐輻射玻璃。

防輻射玻璃主要是對 γ射線和X射線有較大吸收能力的玻璃。當γ射線或X射線進入防護玻璃時，由于玻璃內(nèi)部產(chǎn)生光電效應、生成正負電子對，同時產(chǎn)生激發(fā)態(tài)和自由態(tài)電子，使射入的 γ射線或X射線能量減小，穿透力下降，起到了防護作用。當防輻射玻璃的密度增加時，屏蔽能力也相應增加。防γ射線的玻璃的密度通常不小于4.5g/cm。近年來，已開始用密度為6.2～6.5g/cm的玻璃,常用的有ZF系列。

耐輻射光學玻璃主要指在γ射線作用下不易著色的光學玻璃。耐輻射光學玻璃牌號的命名，仍根據(jù)光學玻璃牌號，注明能耐輻射的倫琴數(shù)，例如，K509耐輻射光學玻璃的光學常數(shù)同K9,且能耐10倫琴劑量的γ射線。普通玻璃受高能射線輻射后產(chǎn)生自由電子，它與玻璃內(nèi)部的缺位結合，形成色心。同時也可使原子核移位，破壞了正常的結構，也產(chǎn)生色心，使玻璃著色。

耐輻射光學玻璃中引入了CeO2，在高能γ射線輻照后，由于式①,能俘獲電子，不使玻璃內(nèi)部產(chǎn)生色心,且因Ce和Ce的吸收帶在紫外區(qū)。當CeO2含量過高時，在紫外、紅外的吸收帶延伸到可見光區(qū)，使可見光的藍色區(qū)域吸收增加，導致玻璃呈黃色。同時，也會因玻璃中其他成分的影響而加深顏色，所以CeO2的含量不能太高，在K509中CeO2的含量約為0.4%～0.5%，在K709中CeO2約為1%。

制作原料

以優(yōu)質石英砂為主料。適當加入輔料。由于稀土具有高的折射率，低的色散和良好的化學穩(wěn)定性，可生產(chǎn)光學玻璃，用于制造高級照相機、攝像機、望遠鏡等高級光學儀器的鏡頭。例如一種含氧化鑭lao360%，氧化硼b2o340%的具有優(yōu)良光學性質的鑭玻璃，是制造高級照相機的鏡頭和潛望鏡的鏡頭的*的光學材料。另外，利用一些稀土元素的防輻射特性，可生產(chǎn)防輻射玻璃。