光学玻璃

简介

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nD<1.60，VD>55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。

按光学特性分为

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。

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膜板、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。

光学玻璃的发展

光学玻璃的发展和光学仪器的发展是密不可分的。光学系统新的改革往往向光学玻璃提出新的要求，因而推动了光学玻璃的发展，同样，新品种玻璃的试制成功也也往往反过来促进了光学仪器的发展。

最早被人们用来制作光学零件的光学材料是天然晶体，据称古代亚西利亚用水晶作透镜，而在古代中国则应用天然电气石（茶镜）和黄水晶。考古家证明公元三千年前在埃及和我们（战国时代）人们已能制造玻璃。但是玻璃作为眼镜和镜子还是十三世纪在威尼斯开始的。恩格斯在“自然辨证法”中对此曾给予很高的评价，认为这是当时的卓越发明之一。此后由于天文学家与航海学的发展需要，伽利略、牛顿、笛卡儿等也用玻璃制造了望远镜和显微镜。从十六世纪开始玻璃已成为制造光学零件的主要材料了。

到了十七世纪，光学系统的消色差成为光学仪器的中心问题。这时由于改进了玻璃成分，在玻璃中引入了氧化铅，赫尔才于1729年获得第一对消色差透镜，从此，光学玻璃就被分为冤牌和燧石玻璃两个大类。

1768年纪南在法国首先用粘土棒搅拌的方法制得了均匀的光学玻璃，从而开始建立了独立的光学玻璃制造工业。在十九世纪中叶，几个发达的资本主义国家都先后建立了自己的光学玻璃工厂，如法国帕腊-芒图公司（1872年）、英国钱斯公司（1848）、德国萧特公司(1848)等。

十九世纪光学仪器有很大发展。第一次世界大战前夕，德国为了迅速发展军用光学仪器，要求打破光学玻璃品种贫乏的限制。这时，著名物理学家阿员参加了萧特厂的工作。他在玻璃中加入了新的氧化物如BaO，B2O3,ZnO，P2O3等，并且研究了它他对玻璃光学常数的影响。在这基础上，发展了钡冤、硼冤、锌冤等类型玻璃，同时也开始试制了特殊相对部分色散的燧石玻璃。在这时期内，光学玻璃品种有了很大的扩展，因而在光学仪器方面出现了较完整的照相机及显微镜物镜。

直至二十世纪三十年代以前，大部分工作仍在萧特厂基础上进行。到1934年获得了一系列重冤玻璃，如德国号SK-16（620/603）及SK-18（639/555）等。到此为止，可以认为是光学玻璃发展的一个阶段。 

二次世界大战前后，随着各种光学仪器如航空摄影，紫外与红外光谱仪器、高级照相物镜等的发展，对光学玻璃又产生了新的需要。这时，光学玻璃也就相应地有了新的发展。1942年，美国摩莱（Morey）及以后苏联与德国的科学工作者都相继把稀士及稀散氧化物引入玻璃中，因而扩大了玻璃品种，得到了一系列高折射率低色散的光学玻璃，如德国LaK,LaF，苏联CTK及ТЬФ等品种系列。与此同时，也进行了低折射率大色散玻璃的研究并得到一系列氟钛硅酸盐系统的光学玻璃，如苏联ЛФ-9，ЛФ-12，德国F-16等品种。

由于各种新品种光学玻璃在加工或使用性能上或多或少地存在着缺陷，因此在研究扩展光学玻璃领域的同时，还针对改善各种新品种光学玻璃的物理和物理化学性质。以及生产工艺进行了许多工作。

综观以上历史发展的过程，可以预言今后光学玻璃的发展方向是：

①制得特别高折射率的玻璃；

②制得特殊相对部分色散的玻璃；

③发展红外及紫外光学玻璃；　

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提高玻璃的化学稳定性；

⑥提高玻璃透明度和防止玻璃幅射着色；

⑦改进工艺过程，降低新品种玻璃价格。