光学设计-第10讲-光学材料与加工

折射率的允许差 值
±2×10-4 ±3×10-4 ±5×10-4 ±7×10-4 ±10×10-4 ±20×10-4
类别 色散系数νd的允 许差值
00
±0.2%
0
±0.3%
1
±0.5%
2
±0.7%
3
±0.9%
4
±1.5%
＞1.82
折射率及色散系数的测量： V棱镜法（国标规定） 临界角法（常用方法）
• 钠光谱d线(587.6)测量 ຫໍສະໝຸດ Baidu（国标规定）；
• 通常说的玻璃折射率 指d光的折射率
波长 （） 404.7 435.8 486.1 546.1 589.3 656.3 766.5
谱线符号
h g F e D C A’
折射率与标准数值的允许差值 色散系数与标准数值的允许差值
类别
00 0 1 2 3 4
氧化硼 析晶能力、粘度、膨胀系数 化学稳定性、温度骤变抵抗性、折射率
氧化钠、钾 化学稳定性、耐温性、机械强 膨胀系数
度、结晶能力、硬度
氧化镁 析晶能力、粘度（加25%时） 耐温性、化学稳定性、机械强度
氧化钡 化学稳定性
相对密度、折射率、析晶能力
氧化铅 化学稳定性、硬度
折射率
氧化锌 膨胀系数
耐温性、化学稳定性、机械强度
1003玻璃中，直径≥0.05的气 泡平均数(个)
1 2 3.3 10 30 90 180
7、光吸收系数
1厚的光学玻璃所吸收的白光光通量与进入该玻璃的白 光光通量之比。
E1ln(1R)2 lT
玻璃透射率测试装置
三、光学玻璃的化学稳定性
• 解决方案：加入离子。
作业：在普通光学玻璃种加入离子，为什 么可以抗辐射？
光学玻璃的主要质量指标
折射率、色散系数与标准数值的允许差值以及一 致性，光学均匀性，应力双折射，条纹度，气泡 度，光学吸收系数，耐辐射性能
1、折射率、色散系数与标准数 值的允许差值Δ、Δνd 折射率？色散？
• 钠光谱D线(589.3)测量 值；
氧化钙 耐温性
膨胀系数、硬度、化学稳定性、机械强 度、析晶能力
二、耐辐射玻璃
• 光学玻璃在吸收x射线和γ射线后，会着色 、变暗甚至变得不透明，导致仪器无法正 常工作。
• 原因：光学玻璃在x射线和γ射线的作用下 形成电子空穴对，这些电子空穴对与玻璃 种的缺陷形成色中心；多价态金属氧化物 在x射线和γ射线的作用下发生价态改变， 形成吸收带。
第三节 无色光学玻璃
一、无色光学玻璃的分类
1. 两大系列： 普通光学玻璃系列（P系列） 耐辐射光学玻璃系列（N系列）
2. 两大分类（按色散系数大小）
冕牌玻璃（K）
火石玻璃（F）
折射率小（1.50-1.55） 折射率大（1.53-1.85）
色散系数大（55-62） 质轻而硬、透明度好
硼酸盐玻璃
色散系数小（30-45）
二、玻璃的特性
各向同性 介稳性 可逆性 连续性 无固定熔点
第二节 光学玻璃
• 光学玻璃：用于制造光 学仪器、或者透镜、棱 镜、反射镜的等的玻璃 材料。
• 与普通玻璃的区别在于 光学玻璃具有很高的透 明度、均匀性和化学稳 定性以及特定而精确的 光学常数。
第二节 光学玻璃
• 一、光学玻璃的分类 • 无色光学玻璃 • 普通光学玻璃 • 耐辐射光学玻璃 • 激光玻璃 • 有色光学玻璃
质重而软、呈淡黄色、透 明度差
加入氧化铅
3. 18个类型： 冕牌玻璃：、、K、、、、、 火石玻璃：、、F、、、、、、、 4. 135个牌号。
各种氧化物对玻璃性质的影响
名称
减小
增大
二氧化硅 相对密度、膨胀系数
化学稳定性、耐温性、机械强度、粘度
氧化铝 析晶能力（当加2-5%时）
机械强度、化学稳定性、粘度
光学均匀性（对于大块玻璃）
4、玻璃应力双折射
• 当玻璃受到外力作用，或者退火过 程中由于玻璃内外温度不一致，或 者退火炉内各处的炉温不一致等都 会产生双折射。可分为中部应力和 边缘应力。
应力双折射分类
应力双折射测试
5、玻璃的条纹度
• 条纹是玻璃内部折射率的局部不均匀，引起 光的方向变异，主要由玻璃熔炼过程中各部 分成分不同引起。最易引起条纹的玻璃是类， 其次为F、、等。
玻璃的条纹度测试
玻璃的条纹度分类
6、玻璃的气泡度
• 玻璃内部气泡相当于微小的透镜，引起 光的散射和折射。最易引起气泡的玻璃 是、、等。
气泡度检验
玻璃气泡度分类 (1)按最大气泡的 直径分为3类
(2)按气泡的总截 面积分7级。
(3)按气泡的数量多少分为7级
级别
a00 a0 a b c d e
光学材料
五邑大学 应用物理与材料学院
主要内容
第一节 光学玻璃 第三节 光学塑料
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第一篇 光学玻璃
第一节 普通玻璃
一、玻璃的定义： 玻璃：一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续
网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结 晶的硅酸盐类非金属材料。普通玻璃化学氧化物的 组成 2O··62),主要成份是二氧化硅。广泛应用于建 筑物，用来隔风透光，属于混合物
光学玻璃的主要参数
(一) 折射率 我国标准规定：
主折射率：指光学玻璃对钠光d（波长0.5786μm） 的折射率，用表示；
对F谱线(波长0.4861μm的蓝光)的折射率用表示; 对C谱线(波长0.6563μm的红光)的折射率用表示。
（二）色散系数
色散表示光学玻璃对不同的光具有不同的折射 率。色散大小用F谱线和C谱线之差表示，即 － ，称作中部色散。通常度量光学玻璃的色 散程度用色散系数(又称阿贝数) :
2、一致性
3、光学均匀性
光学均匀性是指同一块玻璃中折射率的渐变。 由于退火炉内各处温度不均匀所引起的。 小块玻璃用鉴别率比值法测量。 大块玻璃用多光束干涉仪测量。
光学均匀性测试（对于小块玻璃）
光学均匀性测试（对于小块玻璃）
对于测量结果为1和2类，补测星点图。 1：圆亮环无断裂、无尾刺、畸角和变形现象。 2：变形不严重，大体保持圆环、两环间距大体 相等，每个环的宽度允许变化，但不应断裂。
vd
nd 1 nF nC
8
二、光学玻璃的主要特性
• 1、组成 • 玻璃形成体：B2O3、P2O5、2、2O3 • 中间体：2O3 • 网络外体：2O、K2O、、、
• 二、光学玻璃的主要特性 • 光学玻璃与普通玻璃的区别： • 特定和精确的光学常数 • 物理和化学上高度均匀性 • 高度透明性 • 极小的内应力 • 注重批次性