光學(xué)玻璃是指能改變光的傳播方向，并能改變紫外、可見(jiàn)或紅外光的相對(duì)光譜分布的玻璃。狹義的光學(xué)玻璃是指無(wú)色光學(xué)玻璃；廣義的光學(xué)玻璃還包括有色光學(xué)玻璃、激光玻璃、石英光學(xué)玻璃、抗輻射玻璃、紫外紅外光學(xué)玻璃、纖維光學(xué)玻璃、聲光玻璃、磁光玻璃和光變色玻璃。光學(xué)玻璃可用于制造光學(xué)儀器中的透鏡、棱鏡、反射鏡及窗口等。由光學(xué)玻璃構(gòu)成的部件是光學(xué)儀器中的關(guān)鍵性元件。
概念
傳輸光線的非晶態(tài)(玻璃態(tài))光介質(zhì)材料。可用以做成棱鏡、透鏡、濾光片等各種光學(xué)元件，光線通過(guò)后可改變傳播方向、位相及強(qiáng)度等。根據(jù)不同的要求，可把光學(xué)玻璃分為三大類(lèi)：①無(wú)色光學(xué)玻璃——在可見(jiàn)及近紅外相當(dāng)寬廣波段內(nèi)幾乎是全透明的，是使用量最大的光學(xué)玻璃。按折射率和色散的不同有上百個(gè)牌號(hào)，可分為兩個(gè)品種，即冕牌光學(xué)玻璃(以K代表)和火石光學(xué)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(xué)玻璃——具有無(wú)色光學(xué)玻璃的各項(xiàng)性質(zhì)，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(xué)儀器，其品種及牌號(hào)與無(wú)色光學(xué)玻璃相同。其化學(xué)成分是在無(wú)色光學(xué)玻璃的基礎(chǔ)上，添加少量二氧化鈰來(lái)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(xué)玻璃——對(duì)某些波長(zhǎng)的光具有特定吸收或透射性能。亦稱濾光玻璃，有百余個(gè)品種。顏色濾光片對(duì)某些顏色能選擇吸收，中性濾光片對(duì)所有波長(zhǎng)的光的吸收相同，只是減低光束強(qiáng)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(lái)又發(fā)展了一些新品種的光學(xué)玻璃，如對(duì)紅外和紫外有良好透過(guò)率的玻璃;折射率或色散特高或特低的玻璃;隨著光強(qiáng)變色的玻璃;光沿磁力線方向通過(guò)玻璃時(shí)偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的磁光玻璃;在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生雙折射的電光玻璃等等。
前景
光學(xué)玻璃是光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和重要組成部分。特別是在20世紀(jì)90年代以后，隨著光學(xué)與電子信息科學(xué)、新材料科學(xué)的不斷融合，作為光電子基礎(chǔ)材料的光學(xué)玻璃在光傳輸、光儲(chǔ)存和光電顯示三大領(lǐng)域的應(yīng)用更是突飛猛進(jìn)，成為社會(huì)信息化尤其是光電信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)條件之一。
隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展，中國(guó)光學(xué)玻璃制造行業(yè)發(fā)展迅猛。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2010年，光學(xué)玻璃制造行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量達(dá)246家，行業(yè)全年實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入為234.05億元，同比增長(zhǎng)53.70%;實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)15.37億元，同比增長(zhǎng)87.10%;資產(chǎn)規(guī)模達(dá)到264.50億元，同比增長(zhǎng)77.49%。由于光學(xué)玻璃制造行業(yè)以國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售為主，金融危機(jī)對(duì)其影響相對(duì)較小，行業(yè)依然表現(xiàn)出較好的增長(zhǎng)勢(shì)頭。
簡(jiǎn)介
用于制造光學(xué)儀器或機(jī)械系統(tǒng)的透鏡、棱鏡、反射鏡、窗口等的玻璃材料。包括無(wú)色光學(xué)玻璃(通常簡(jiǎn)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?cè)谡凵渎?nD)-阿貝值(VD)圖中的位置來(lái)分類(lèi)。傳統(tǒng)上nD>1.60，VD>50和nD<1.60，VD>55的各類(lèi)玻璃定為冕(K)玻璃，其余各類(lèi)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(wú)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(guò)折射、反射、透過(guò)方式傳遞光線或通過(guò)吸收改變光的強(qiáng)度或光譜分布的一種無(wú)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。
光學(xué)分類(lèi)
對(duì)光學(xué)常數(shù)有特定要求，具有可見(jiàn)區(qū)高透過(guò)、無(wú)選擇吸收著色等特點(diǎn)。按阿貝數(shù)大小分為冕類(lèi)和火石類(lèi)玻璃，各類(lèi)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。
防輻照光學(xué)玻璃
對(duì)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。
耐輻照光學(xué)玻璃
在一定的γ射線、X射線輻照下，可見(jiàn)區(qū)透過(guò)率變化較少，品種和牌號(hào)與無(wú)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。
有色光學(xué)玻璃
又稱濾光玻璃。對(duì)紫外、可見(jiàn)、紅外區(qū)特定波長(zhǎng)有選擇吸收和透過(guò)性能，按光譜特性分為選擇性吸收型、截止型和中性灰3類(lèi)；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(lèi)，主要用于制造濾光器。
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(guò)率，用作紫外、紅外光學(xué)儀器或用作窗口材料。
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(diǎn)，用于制造對(duì)各種波段透過(guò)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(pán)盤(pán)基薄板玻璃；光沿著磁力線方向通過(guò)玻璃時(shí)偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的磁光玻璃；光按一定方向通過(guò)傳輸超聲波的玻璃時(shí)，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(lèi)
按色散又分為兩類(lèi)：色散較小的為冕類(lèi)(K)，色散較大的為火石類(lèi)(F)。
①冕類(lèi)光學(xué)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(lèi)光學(xué)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?cè)谡凵渎蕁d與色散系數(shù)v的關(guān)系圖像（見(jiàn)圖）中分布在不同的領(lǐng)域。
抗輻射
抗輻射玻璃是廣義光學(xué)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(duì)γ射線和X射線有較大吸收能力的玻璃。當(dāng)γ射線或X射線進(jìn)入防護(hù)玻璃時(shí)，由于玻璃內(nèi)部產(chǎn)生光電效應(yīng)、生成正負(fù)電子對(duì)，同時(shí)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(hù)作用。
當(dāng)防輻射玻璃的密度增加時(shí)，屏蔽能力也相應(yīng)增加。防γ射線的玻璃的密度通常不小于4.5g/cm。近年來(lái)，已開(kāi)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(xué)玻璃主要指在γ射線作用下不易著色的光學(xué)玻璃。耐輻射光學(xué)玻璃牌號(hào)的命名，仍根據(jù)光學(xué)玻璃牌號(hào)，注明能耐輻射的倫琴數(shù)，例如，K509耐輻射光學(xué)玻璃的光學(xué)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(jié)合，形成色心。同時(shí)也可使原子核移位，破壞了正常的結(jié)構(gòu)，也產(chǎn)生色心，使玻璃著色。
耐輻射光學(xué)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(dāng)CeO2含量過(guò)高時(shí)，在紫外、紅外的吸收帶延伸到可見(jiàn)光區(qū)，使可見(jiàn)光的藍(lán)色區(qū)域吸收增加，導(dǎo)致玻璃呈黃色。同時(shí)，也會(huì)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(zhì)石英砂為主料。適當(dāng)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(xué)穩(wěn)定性，可生產(chǎn)光學(xué)玻璃，用于制造高級(jí)照相機(jī)、攝像機(jī)、望遠(yuǎn)鏡等高級(jí)光學(xué)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(xué)性質(zhì)的鑭玻璃，是制造高級(jí)照相機(jī)的鏡頭和潛望鏡的鏡頭的不可缺少的光學(xué)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。
