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光学玻璃有色玻璃等光学材料介绍

来源：湖南瑞诚光电 日期：2020-03-07 13:53:47 点击：16871 属于：行内文章

   滤光片都是采用光学材料来制作的，那么我们首先需要对光学材料作一个详细的了解。

       光学材料的定义：它泛指所有能用来制作光学元器件的材料，现在我们来看看它的分类，行内对光学材料的分类主要从用途将其划分为四大类：

       光介质材料；
       光学纤维；
       光学薄膜；
       其它光学材料；

       光介质材料是指能通过该介质来传输光线的材料，因此我们又可以叫它为透射材料：入射光线经过光介质材料折射或反射后会改变其方向、相位或偏振态，还可以经过光介质材料的吸收或散射改变其强度和光谱成分，因此可以制成透镜、棱镜、反射镜、偏振器、窗口、光学纤维和光学薄膜等器件，另外一些经过特殊烧制的陶瓷等光介质材料可以对红外线和可见光透明。
       光学纤维就是我们常说的光纤，它是一种新型信息、能量传输材料。

       光学薄膜是附加在光学器件或者光介质材料表面用于干涉以实现指定的光学性能的一类光学材料，象我们瑞诚光电公司就是研究光学薄膜应用的。

       其它包括着色材料、激光材料、发光材料以及光信息显示、存储、处理材料等，在光学领域也是非常重要的。

       在这一讲里，我们重点讲一下光学材料中的常用光介质材料的分类

       常用光介质（基板）材料分类及特性：
       一、光学玻璃。这类材料在光学应用上最重要，应用最广泛。
       二、陶瓷。
       三、光学晶体。人工晶体生长困难，尺寸受限制，一般只有在玻璃不能满足的情况下才使用。
       四、光学塑料（PC、PMMA等）。属于有机高分子化合物，近年来在中低端市场获得比较广泛应用，具有价格低、容易成型、质量轻等特点。。
       五、金属。

       光学玻璃的定义和特性：
       光学玻璃是通过折射、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，它具有稳定的光学性质和高度的光学均匀性，狭义上讲的光学玻璃是指无色光学玻璃；广义上讲的光学玻璃还包括有色玻璃，耐辐射玻璃、防辐射玻璃，石英玻璃、紫外、红外光学玻璃等。

       光学玻璃一般主要成分是二氧化硅（SiO2），能透过波长为230nm-2500nm的各色光，超出该波长范围的光则被吸收。光学玻璃比普通玻璃的机械强度高、化学稳定性好、热膨胀系数小、熔点高、具有更高的透明度，并在物理和化学特性上具有高度的均匀性以及特定和精确的光学常数；而日常用的普通玻璃仅仅由砂子、纯碱和石灰石组成，完全不是一回事。通常光学玻璃是以SiO2（二氧化硅）为主要成分，属于硅酸盐玻璃，以B2O3（三氧化二硼）为主要成分属于硼酸盐玻璃，以P2O5（五氧化二磷）为主要成分属于磷酸盐玻璃。在此基础上有时候加入其它成分如氧化铝（作用是提高稳定性与机械强度）、氧化铅（可以增大折射率，但化学稳定性下降）、氧化纳（可以降低熔炼温度，但稳定性和机械性能下降）等等，这些都是我们了解一下即可。

       光学玻璃分类：
       1、无色光学玻璃
       2、有色光学玻璃
       3、特殊光学玻璃

       无色光学玻璃：
       无色光学玻璃它有着高透性和无选择性吸收的特点，根据阿贝数的大小可以分为冕类玻璃和火石类玻璃，一般冕牌属碱硅酸盐系统，绝大多数火石玻璃属铅硅酸盐系统。根据折射率和色散系数，它还可分为17小类大约200多个牌号，每个牌号必须具有规定的光学常数和光学均匀性、透明度及化学稳定性。

       根据色散系数νd和折射率nd在（nd-νd）领域图中的位置和玻璃组成，无色光学玻璃分为17大类：
       氟冕玻璃--FK
       轻火石玻璃--QF
       轻冕玻璃--QK
       火石玻璃--F
       冕玻璃--K
       钡火石玻璃--BaF
       磷冕玻璃--PK
       重钡火石玻璃--ZBaF
       重磷冕玻璃--ZPK
       钡冕玻璃--BaK
       重火石玻璃--ZF
       重冕玻璃--ZK
       镧火石玻璃--LaF
       镧冕玻璃--LaK
       重镧火石玻璃--ZLaF
       冕火石玻璃--KF
       特种火石玻璃--TF

       无色光学玻璃的分级
       玻璃按下列各项工作质量指标进行分类和分级：
       a、色散系数和折射率与标准数值的允许差值；
       b、同一批中折色散系数和射率的一致性；
       c、光学均匀性；
       d、应力双折射；
       e、条纹度；
       f、气泡度；
       g、光吸收系数；
       h、耐辐射性能（N系列玻璃）。

       有色光学玻璃
       有色玻璃也称为光学滤光玻璃，是指对可见光，紫外线，红外线具有选择性吸收或透射特性的光学玻璃。

       根据光谱选择性吸收特性有色玻璃可以被划分，截止，中性灰色三类。

       以下是有色玻璃牌号对照：

       其他光学玻璃
       其它特殊玻璃可以包括：
       耐辐射玻璃；
       石英玻璃；
       隔热玻璃；
       微晶玻璃；
       耐热玻璃；
       硬质玻璃。

       这里只讲一下石英玻璃，光学石英玻璃是用纯水晶做原料制得的玻璃态二氧化硅（SiO2），其SiO2含量大于99.9％，也称为熔融石英，具有下面优异性能：
       （1）光谱技术特性好，在200nm--4700nm高透过率；
       （2）热膨胀系数低，比普通玻璃小两个数量级，热稳定性极高；
       （3）耐热性极好；
       （4）耐极冷极热性能好；
       （5）化学稳定性好，耐酸性优;
       （6）机械性能好；
       （7）硬度高，表面不易划伤；
       （8）耐辐射性能好；
       （9）密度小，为2.21g/cm3；

       石英玻璃用途广泛，但熔制困难，价格昂贵。

       光介质才料之光学晶体
       晶体具有规则的几何多面体形状，它是具有格子构造的固体，晶体对我们来说既熟悉又陌生，日常生活中包括食盐、糖以及一些药物等均是晶体，在光学上应用的单晶体称为光学晶体，按用途可以分为紫外、红外晶体、激光晶体、偏振晶体、复消色差晶体等；按工艺技术性能主要分为一个硬质材料晶体（莫氏硬度7~9，如石英晶体、红宝石、钇铝石榴石等）、软质产品晶体（莫氏硬度2~4，如萤石、方解石等）和水溶性以及晶体。

       光学晶体的性能特点
       1、一个宽范围的光谱透射率：特别是在长波段，可达的60um。
       2、折射率和色散变化范围宽；
       3、热稳定性好；
       4、双折射；
       5、旋光性；
       6、吸收和多色性：即随着入射光线的偏振技术方向发展不同，光学晶体结构对光的吸收一定程度也不一样，因此，除了以等轴（多晶高级组）时，呈现不同的颜色，在相同的晶体不同的方向，这种晶体的光学性质被称为多色性。

       光学晶体按用途分为如下类型
       1、紫外、红外晶体
       2、复消色差晶体：用于高级复消色差物镜
       3、偏振晶体：制作偏振器件
       4、激光晶体：用于制造激光器
       5、电光晶体、声光晶体以及非线性晶体等

       光介质材料之光学塑料
       光学塑料是一种有机聚合物聚合物，利用其一定的光学，力学和化学满足光学器件的设计要求，从而广泛应用于眼镜，棱镜，透镜，DVD，VCD，CD-ROM光头，照相机等光电仪器。

       光学塑料的应用
       目前，光学塑料的应用大致分为三大类：塑料透镜、光盘及光学纤维、其它功能性光学元件。

       常见的光学塑料
       在世界范围内，有上百个品种的光学塑料的，但真正利用产业发展和广泛应用的并不多，根据十几个，如PMMA，PS，PC，SAN，CR-39，TPX统计等等。

在后面我们会专门对光学材料中的光学薄膜材料加以讲解。

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