第八章玻璃的光学性能

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第八章 典型光学系统 应用光学教学课件

第八章 典型光学系统  应用光学教学课件
D/f物 称为物镜的相对孔径。
为什么不直接用光束口径,而采用相对孔径来代表望远物镜的 光学特性?? 是因为相对孔径近似等于光束的孔径角2U’max. 相对孔径越大,U’max越大,象差也就越大。为了校正像差, 必须使物镜的结构复杂化。 相对孔径代表物镜复杂化的程度
3. 视场 系统所要求的视场,也就是物镜的视场
材料容易制造,特别对大口径零件更是如此
大口径的望远镜都采用反射式 反射望远镜在天文望远镜中应用十分广泛 反射表面磨制的要求是很高的,再加上需经常重新镀反射面及部件组装、校
正的困难,反射系统在科普望远镜中应用受到限制
1.牛顿系统 一个抛物面和一块与光轴成45度的平面反射镜构成 2 格里高里系统 一个抛物面主镜和一个椭球面副镜构成
二 望远系统的放大率及工作放大率
1、望远系统的分辨率:用极限分辨角φ表示 按瑞利判断:φ=140″/D 按道威判断:φ=120″/D 即:入射光瞳直径D越大,极限分辨率越高。
2、视觉放大率和分辨率的关系 φ Г=60″,Г=60″/φ=D/2.3 望远镜的视放大率越大,它的分辨精度就越高 3、有效放大率(正常放大率):望远镜的正常放大率应使
第八章 典型光学系统
3、眼睛的光学参数:
标准眼: 根据大量的测量结果,定出了眼睛的各项光学常数,
包括角膜、水状液、玻状液和水晶体的折射率、各光学 表面的曲率半径、以及各有关距离。
简约眼:把标准眼简化为一个折射球面的模型
二、眼睛的调节及校正
1、眼睛的调节原理? 折射球面r的改变
远点距,肌肉完全放松时,眼睛所能看到的最远lr 近点距,肌肉最紧张时,眼睛所能看到的最近点lp
3. 一望远物镜焦距为1m,相对孔径为1:12,测出出瞳 直径为4mm,试求望远镜的放大率和目镜焦距。

《造岩矿物学》第八章锥光镜下的晶体光学性质

《造岩矿物学》第八章锥光镜下的晶体光学性质

一轴晶平行光轴切面干涉图
形象特点:闪图
一轴晶平行光轴切面干涉图成因
一轴晶平行光轴切面波向图
光轴
1.553 1.544
一轴晶平行光轴切面干涉图中光性符号测定
第三节 二轴晶干涉图
一、垂直锐角等分线(Bxa) 切片的干涉图 二、垂直一个光轴切片的干 涉图 三、平行光轴面切片干涉图
一、垂直锐角等分线(Bxa)切 片的干涉图
第二节 一轴晶垂直光轴切片 的干涉图
(一)图象特点 (二)垂直光轴切片干涉图的应用
(一)图象特点
重折率很大或薄片厚度很大
重折率很小或薄片厚度很小
干涉色圈的成因
一轴晶垂直光轴 切面的波向图
黒十字臂的成因
(二)垂直光轴切片干涉图的应用
• 1.确定轴性及切片方向 • 根据干涉图的形象特点,可确定为一轴晶垂直 光轴的切片。 • 2.测定光性符号 • 一轴晶垂直光轴切片的干涉图中,黑十字的四 个象限内,放射线方向代表 Ne′ 的方向;同心 圆的切线方向代表 No 的方向。加入试板,观察 干涉图中黑十字四个象限内干涉色的升降变化, 根据补色法则即能确定Ne′与No的相对大小。
(一)图像特点
(二)二轴晶垂直Bxa切片干涉图的应用
⊥Bxa切面 (+)
⊥Bxa切面
(-)
Ng=Bxa Np=Bxa
(一)图像特点
重折率较大时,干涉图形象
重折率较小时,干涉图形象
成因分析 光波振动图可以根据拜-弗定律做出
二轴晶垂直Bxa切面光波振动图
A
黒十字臂及弯曲黒带的成因
OA
Bxa
第八章
锥光镜下的晶体 光学性质
第一节 锥光镜的装置 第二节 一轴晶垂直光轴 切片的干涉图 第三节 二轴晶干涉图

第八章 晶体的光学效应 OF 季家镕 高等光学教程

第八章  晶体的光学效应  OF 季家镕 高等光学教程

第八章 晶体的光学效应在第七章所介绍的晶体光学基本知识的基础上,本章中介绍晶体由于外加场的作用而产生的各种光学效应,其中包括电光效应、弹光效应、声光效应、磁光效应等。

目前,根据这些效应制成的器件在光电技术中已经得到了广泛的应用。

§8.1 晶体的电光效应一、电光效应概述1、逆相对介电张量η的定义和它的主值在§7.3节中我们定义了相对介电张量εr 的逆张量ηε=−r 1 (8.1-1)称之为逆相对介电张量。

在§7.1中已经证明了,在无损耗不旋光的介质中介电张量εr 是一个对称张量,由上式可以证明在此条件下必定也是一个对称张量,其张量元ηηηij ji = (8.1-2)由各向异性介质中的物质方程D =ε0εr E 和(8.1-1)式得到E =10εηD (8.1-3)晶体中电场能量密度由 (7.1-17) 式给出,即ωe =⋅12E D (8.1-4) 将(8.1-3)式代入上式,得02e εω⋅=ηD D (8.1-5)上式就是 e ij j iji D D ωεη02=∑ (,,,)i j X Y Z = (8.1-6)或e X Z ZX Z Y YZ Y X XY Z ZZ Y YY X XX D D D D D D D D D ωεηηηηηη02222222=+++++(8.1-7)上式表明,在空间中光波场的等能面是一个椭球面,作变量代换 D X e D X ωε021=, Y e D Y ωε021= , Z e D Z ωε021= (8.1-8)(8.1-7)式化为 ηηηηηηXX YY ZZ XY YZ ZX X Y Z XY YZ ZX 222222+++++0= (8.1-9) 采用坐标旋转的方法,使新坐标系中的x 、、轴与椭球的三个对称轴重合,于是在新坐标系中(8.1-9)式化为y z364ηηη1122223321x y z ++= (8.1-10)式中,η11、η22、η33就是逆相对介电张量的主值,与主轴坐标系中波法线椭球方程x n y n z n x y z 2221++= (8.1-11)相比较,可见在没有外加电场时逆相对介电张量的主值η1121=n x , η2221=n y , η3321=n z(8.1-12) 在主轴坐标系中张量元ηη12210== , ηη13310== , ηη23320== (8.1-13)2、线性电光效应和二次电光效应简介根据固体的量子理论,介质的逆相对介电张量取决于电荷在晶体中的分布,当一个外加电场作用于晶体时,会导致内部束缚电荷的重新分布,且可能导致离子晶格的微小形变。

第21次课(第八章)工程光学

第21次课(第八章)工程光学

远摄物镜
工程光学 (上)
★焦距变化的变倍比为 ★焦距为
第六节 摄影系统
第五级北航仪器 光电学院
MA fmax 23 k max
f min
23 k min
f'
f
' 1
2
3
k
变焦物镜
工程光学
第八节 变焦距光学系统
(上) 一、变焦距光学系统的原理
第五级北航仪器 光电学院
(一)变焦距的物理意义 ★焦距连续变化,物、像面保持不动。
❖ 目镜只是把物镜的像放大,放大倍率再高也不能把物镜不能分辨的物 体细节看清。
有效放大率:为充分利用物镜的分辨率,使被物镜分辨出的细节同 时能被眼睛看清,满足这一条件的放大率。
前面我们介绍人眼的角分辨为:60〞。为了使人眼观察比较舒服, 一般取2'~4',照明波长为0.555μm,可得:
工程光学 (上)
双高斯物镜
工程光学 (上)
★广角摄影物镜
第六节 摄影系统
焦距:f 70.4mm 相对孔径:D / f 1: 6.8 视场角: 122o
第五级北航仪器 光电学院
广角物镜
工程光学 (上)
★远摄摄影物镜
第六节 摄影系统
焦距:f 3m 相对孔径:D / f 1: 6
视场角:2<30o
第五级北航仪器 光电学院
500NA 1000NA
工程光学
第四节 望远镜系统
(上)
一、一般特性
第五级北航仪器 光电学院
望远镜的组成:由物镜和目镜组成。
物镜的像方焦点与目镜的物方焦点重合,光学间隙Δ=0。
开普勒望远镜
工程光学 (上)
第四节 望远镜系统

08第八章 直角棱镜和道威棱镜

08第八章 直角棱镜和道威棱镜

第八章直角棱镜和道威棱镜本章假设制成的棱镜具有下列要求:1)粗抛光玻璃盘表面,面形优于两个光圈,楔度大于等于10”。

用穆翟法检验玻璃的均匀性;2)加工结束后棱镜尺寸具有上限工差。

3)检验棱镜90侧面角时,所有反射面采用同一参考面。

1斜面为了便于加工,研磨和抛光少量棱镜(10只或更少)时,实际的制作方法通常是把棱镜胶于用同样玻璃牌号制作的导块上。

附录3中对这种方法作了更加全面的叙述。

简单地说是把小而薄的矩形下班块胶在棱镜的侧面上,如图8.1a所示。

应该同时做3只或4只这样的棱镜组合体。

制作棱镜组合体时,将棱镜与玻璃导块在烘箱内加热到85度,棱镜面上稍为涂些沥青胶,并在棱镜与下班导块间垫上透镜纸。

为了限制泰曼效应,所有已抛光过的玻璃表面邻表面时,擦伤已抛光的表面。

将已检验过的粗抛光平行平板锯成具有粗抛光表面的棱镜,选择表面质量最侍的棱镜侧面作为参考面,普且用金刚石划刀在该面上作一记号。

在整个棱镜制造过程中都采用同一个参考侧面。

棱镜与玻璃导块放在预热到85℃的石棉板上,逐个取出棱镜,中间隔一张小的透镜纸,将两个玻璃导块与棱镜相互胶合在一起。

然后把棱镜组合体放在铺有一张纸的平模上,仔细地检查组合体的全部倒角面。

透镜纸应比两个表面稍高些,否则表示组件调整不当。

用导块与棱镜的底部紧紧地把整个组合体压在一起,用一木块调整棱镜四周的玻璃导块并安放到恰当的位置。

在斜面加工以前,用这种方法组合四个棱镜是比较有效的。

组合体冷却后,用二甲苯清洗,清除倒角面与玻璃导块表面四周的沥青胶和透镜纸。

细磨(用225号,145号,95号三种图8.1(a)细磨直角棱镜斜面时,采用外刚玉磨料)时用如图8.1(a)和(b)所示的自准直测量装置。

用标准450块规外自准直装置检查棱镜。

棱镜和玻璃导块调整好自准仪位置,而块规放在置放在三个尼龙球上,而尼龙球紧紧地用蜡于三只尼龙球上的精密的平行平面胶在铝制的平台上。

由平行光管出射的平板上。

将一小块的镀铝的平行平板行光束射到棱镜的抛光表面上,然后经平湿贴到研磨面上使之能反射光线板的镀铝面反射,最后返回到平行光管。

工程光学第八章知识点

工程光学第八章知识点

⼯程光学第⼋章知识点第⼋章典型光学系统●通常把光学系统分为10个⼤类:(1)望远镜系统(2)显微镜系统(3)摄影系统(4)投影系统(5)计量光学系统(6)测绘光学系统(7)物理光学系统(8)光谱系统(9)激光光学系统(10)特殊光学系统(光电系统、光纤系统等)第⼀节眼睛的光学成像特性1.眼睛的结构⽣理学上把眼睛看作⼀个器官眼睛包括⾓膜、⽔晶体、视⽹膜等部分⼈眼的光学构造:●⾓膜:由⾓质构成的透明的球⾯薄膜,厚度为0.55mm,折射率为1.3771;●前室:⾓膜后的空间,充满折射率为1.3774的⽔状液体;●虹彩:位于前室后,中间有⼀圆孔,称为瞳孔,它限制了进⼊⼈眼的光束⼝径,可随景物的亮暗随时进⾏⼤⼩调节;●⽔晶体:由多层薄膜组成的双凸透镜,中间硬外层软,各层折射率不同,中⼼为1.42,最外层为1.373,⾃然状态下其前表⾯半径为10.2mm,后表⾯半径为6mm,⽔晶体周围肌⾁的紧张和松驰可改变前表⾯的曲率半径,从⽽改变⽔晶体焦距;2.眼睛的视觉特性●应⽤光学把眼睛看作⼀个光学系统●⼈眼对不同波长的光的敏感度不同,就形成了视觉函数●⼈眼灵敏峰值波长在555nm(黄绿光)3.眼睛的调节和适应1.调节●眼睛成像系统对任意距离的物体⾃动调焦的过程称为眼睛的调节●眼睛所能看清的最远的点称为“远点”,远点距⽤lr表⽰,正常眼lr = ∞●眼睛所能看清的最近的点称为“近点”,近点距⽤lp表⽰,正常眼的近点距随年龄⽽变化●眼睛的调节能⼒⽤“视度”来表⽰,远点视度⽤R表⽰,近点视度⽤P表⽰:●11r pR Pl l= =(8-2)●视度的单位是“屈光度”,屈光度(D)等于以⽶为单位的距离的倒数,即1D=1m-1 ●如某⼈的近点为-0.5m,则⽤视度表⽰为P=1/(-0.5)=-2D●眼睛的调节能⼒A R P=-(8-3)●在正常照明条件下,眼睛观察近物最适宜的距离为-250mm,称为“明视距离”●在明视距离下观察物体,眼睛能长时间⼯作⽽不疲劳●年龄超过45岁后,眼睛的近点远于明视距离,这时称为⽼年性远视眼即⽼花眼2.适应●眼睛能在不同亮暗条件下观察物体,这种能⼒称为“适应”●眼睛瞳孔在外界光强变化时能⾃动改变孔径,⽩天瞳孔为2mm左右,夜晚为8mm左右●当光线较暗时,杆状细胞取代锥状细胞感光,进⼀步提⾼灵敏度●从暗处到亮处称为亮适应,适应较快;从亮处到暗处称为暗适应,需较长时间3.眼睛的缺陷与矫正●正常眼的远点在⽆限远处,即眼睛光学系统的像⽅焦点位于视⽹膜上●对于⾮正常眼来说,其远点位置发⽣变化●若远点位于眼前有限远处(lr <0),只能清晰接收发散光束,眼睛的像⽅焦点位于视⽹膜之前,称为近视眼●为了使近视眼的⼈能看清⽆限远点,须在近视眼前放置⼀负透镜,负透镜的像⽅焦点F ’与远点重合● f ’= lr●即负透镜的折光度与眼睛的视度相等●φ = R●折光度的单位为屈光度(D)●同理,若远点位于眼后有限远处(lr >0),只能清晰接收会聚光束,眼睛的像⽅焦点位于视⽹膜之后,称为远视眼。

第八章 光学系统成像质量评价

第八章  光学系统成像质量评价

L 符号规则:由理想像点计算到实际光线交点
最小弥散圆
l :近轴(理想)像点位置
存在球差 时的像点 形状
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
对应孔径角U入射光线的高度h
hmax
-Umax A
h
-U L’ l’
A’
-δL’
-δT’
垂轴球差是过近轴光线像点A’的垂轴平面内度量的球 差。用符号δT’ 表示 它表示由轴向球差引起的弥散圆的半径
一、子午像差
子午光线对交点 B'T 子午光线对交点与理想像平面不重合
同样,子午光线对交点与主光线不重合
• 子午场曲: 子午光线对交点到理想像面的距离
' XT
• 子午彗差:子午光线对交点到 ' 主光线的距离 K T 子午光线对交点 B'T 离开主光线的垂直距离KT’用来表示此光 线对交点偏离主光线的程度
一定物距l成像时,因各色光的焦距不同所得到的像距l’也不同。 按色光的波长由短到长,其相应的像点离透镜有近到远地排列 在光轴上,这种现象称为位置色差。
lF '
F
lC '
d C
F'紫
F'黄
F'红
通常用C、F光像平面的间距表示轴向色差
lF lC lFC
l' FC 0
称为色差校正不足 称为色差校正过渡
正负透镜组合,总的光组为正透镜; 其中正透镜用低色散、低折射率材料,负透 镜用高色散、高折射率材料; 组合后具有校正球差和色差能力;
(2)垂轴色差(倍率色差) 光学材料对不同色光的折射率不同,对于光学系统对不 同色光就有不同的焦距 y '
y f tg
C
yF '

第19次课(第八章)工程光学分析

第19次课(第八章)工程光学分析

分辨率与分辨角成反比。
物体对人眼的张角,称作视角;人眼能分辨的物点间最小视角,称作 视角分辩率ε。(点目标:60 ″;线目标:10 ″ )
f 16.68mm
0.006 206000 60
16.68
工程光学
第一节 眼睛及其光学系统
(上) 四、眼睛的对准精度
第五级北航仪器 光电学院
★对准——垂直于视轴方向的重合 或置中过程
工程光学
第三节 显微镜系统
(上)
显微镜的组成:
第五级北航仪器 光电学院
显微镜是由物镜、目镜和照明系统三部分组成。
物体经显微镜的物镜放大成像后,其像再经目镜放大以
供人眼观察。
工程光学
第三节 显微镜系统
(上) 一、显微镜的视觉放大率:
tan y
L
tan' y' y
fe' fe' fo'
tan' L tan fe ' fo '
4、立体视角半径
Lmax b / min
62mm 206265 /10 1200m
双目观察物体
工程光学 (上)
第五级北航仪器 光电学院
工程光学 (上)
第五级北航仪器 光电学院
工程光学
第一节 眼睛及其光学系统
(上)
5、立体视角阀
★双目能分辨两点间的最短深度距离称为立体视觉阈。
L L2 / b L 8104 L2
250 f
(2)把物像调焦到明视距离: P' -l' =D
北航仪器 光电学院
1 l 1 250 P
f
f f
光束限制与视场
若眼睛紧贴着放大镜: P'=0

第八章 玻璃的光学性质

第八章 玻璃的光学性质
增透膜 反光膜
8.3.2 散射
由于玻璃中存在某些折射率的微小偏差而产生光的
散射。
一般玻璃中的散射特别小,可以不予考虑。
光的散射服从瑞利散射定律:
I r
d d
d
2
2

2 M V 2 1 cos 4 2 r

散射光的强度与波长的4次方成反比,而与微粒体 积的平方成正比。 若散射颗粒的大小与波长相差不多,则不遵守上述 定律。 一般玻璃的乳浊性主要取决于微粒的大小、折射率 和微粒的体积。影响最大的是微粒与玻璃的折射率 之差,差值愈大乳浊性愈大。
8.1 玻璃的折射率
玻璃折射率可以理解为电磁波在玻璃中传播速度的 降低。 n=C/V 原因:光通过玻璃引起内部质点的极化变形,消耗 能量,引起光速降低。
8.1.1 玻璃折射率与组成的关系 总的来说,玻璃折射率取决于玻璃内部离子的极化 率和玻璃的密度。
离子极化率越大,光波通过后被吸收的能量越大,传播
8.4.2 玻璃的紫外吸收 紫外吸收属于电子光谱范畴,光谱频率处于紫外区。 吸收极限:无色透明玻璃的紫外吸收的吸收区与透 光区之间一条很陡的分界线。 原因:阴离子(O2-)的价电子受激发所致。
激发价电子所需光子能量可表示为:
h E M
硅酸盐玻璃阴离子主要是O2-,因次激发价电子所需
玻璃折射率的温度系数取决于玻璃的分子折射度随温度的变化和热膨胀系数随温度的变化高温时玻璃热膨胀系数变化不大折射率温度系数主要取决于折射率随温度上升而增加
第八章 玻璃的光学性质
主要内容
8.1 玻璃的折射率
8.2 玻璃的光学常数
8.3 玻璃的反射、散射、吸收和透过

第八章 现代光学基础

第八章 现代光学基础

定义:非线性光 学是指光与物质 相互作用时,光 场引起的介质极 化强度超过线性 极化强度的现象。
发展历程:自 20世纪60年代 激光问世以来, 非线性光学得到 了迅速发展。
应用领域:非线 性光学在光通信、 信息处理、量子 计算、光谱学等 领域有广泛应用。
未来展望:随着 新材料的不断发 现和技术的不断 进步,非线性光 学将会有更多的 应用前景。
定义:利用光波 在光导纤维中传 输信息的技术
原理:通过调制 技术将电信号转 换为光信号,在 光导纤维中传输, 经过解调技术还 原成电信号
应用:光纤通信、 光缆电视、光纤 传感等
优点:传输容量 大、传输速度快、 抗干扰能力强、 安全性高等
光学信息处理的基本原理 光学信息处理的应用领域 光学信息处理的优势与局限性 光学信息处理技术的发展趋势
光学仪器的发展,如望远镜、显微镜等 光的波动理论的建立,如干涉、衍射等现象的解释 光的量子理论的提出,如光电效应等现象的解释 光学材料的发展,如光学玻璃、晶体等
激光技术的出现和应用
非线性光学的发展
光学与计算机科学的结合
光学在通信和信息处理中的应 用
干涉现象:两束或多束光波在空间某些区域相遇时,相互作用产生加强或减弱的现象。 干涉条件:需要有两束或多束相干光波,即具有相同的频率、相位和振动方向。 干涉图样:干涉现象通常会产生明暗相间的条纹或彩色条纹,取决于光的波长和干涉条件。 干涉的应用:干涉被广泛应用于光学测量、光学通信、光学成像等领域。
衍射的类型:菲涅尔衍射和 夫琅禾费衍射。
光的衍射现象:光在遇到障 碍物时,会绕过障碍物继续 传播的现象。
衍射的应用:全息成像、光 谱分析等。
衍射实验:双缝干涉实验和 单缝衍射实验。
光的偏振现象:光波在振动方向上的变化 偏振光分类:自然光、线偏振光、椭圆偏振光 偏振片的作用:使自然光变为线偏振光 偏振现象的应用:液晶显示、光学通信等

第八章装饰玻璃分解

第八章装饰玻璃分解

第(七)八章装饰玻璃玻璃近几年来正向多品种多功能方面发展,从过去的功能要求仅仅局限于空间的围护和采光,发展为能将节约能源,调整热量,控制噪音,提高安全性等,使装饰玻璃的功能概念有了根本性的改变。

随着现代化装饰材料的更新换代,高科技,新工生产的各种装饰玻璃各显异形。

它们在完善建筑空间环境的功能性,舒适性,艺术性方面,起到了越来越重要的作用。

第一节玻璃的基本性质及其在建筑上的用途玻璃的定义:玻璃是以石英、纯碱、长石、石灰石等为主要原料,经1550℃~1600℃高温下熔融、成型、冷却因此而成的非结晶无机材料。

它没有固定的组成,主要成分有氧化硅、氧化铝、氧化钙和氧化钠等,还有B2O3、P2O5、K2O、Li2O、PbO3、MgO等,制造彩色玻璃可在配料中掺入各种色彩的颜料。

石英砂是主要原料,在1720℃熔融,加入Na2O等可降到1550℃~1600℃。

一、玻璃的性质(一)、玻璃的密度玻璃内几乎无孔隙,属于致密材料,普通玻璃的密度为2.5~2.6 g∕cm3。

(二)、玻璃的光学性质当光线入射玻璃时,表观有反射、吸收、透射三种性质。

1、透射:光线透过玻璃的性质,以透光率表示。

2、反射:光线被玻璃阻挡,按一定角度反射出来。

3、吸收:光线通过玻璃后,一部分光能量被损失,以吸收率表示。

三者之和等于入射光的强度,为100﹪。

Q总=Q反+Q透+Q吸100﹪=Q QQQ Q Q++吸反透总总总用于采光、照明的玻璃要求透光率高85~90﹪;用于遮光和隔热反射玻璃,要求反射率高48﹪;用于隔热、防眩作用的吸热玻璃,要求吸收大量红外线辐射能,同时保持良好的透明性。

6mm厚的蓝色玻璃能挡住60%左右的太阳能辐射热。

以上两种为特种玻璃。

(三)、玻璃的热工性质1、玻璃传热慢,是热的不良导体,玻璃的比热一般为0.33~1.05kJ∕kg·℃。

导热系数一般为0.75~0.92W∕m·K 。

当玻璃温度急变时,沿玻璃的厚度从表面到内部,有着不同的膨胀量,由此而产生内应力。

Chap_1_玻璃及其结构

Chap_1_玻璃及其结构
2. 论述题 1) 比较玻璃结构理论中微晶子学说与无规则网络学说; 2) 论述影响玻璃性质的结构因素。
§1.1 玻璃的概念
广义
玻璃是呈现玻璃转变现象的非晶态固体。
狭义
玻璃是一种在凝固时基本不结晶的无机熔融物
§1.2 玻璃通性与玻璃转变
1.玻璃的通性 各向同性
玻璃体的任何方向具有相同性质。就是说,玻璃 态物质在各个方向的硬度、弹性模量、热膨胀系数、 热传导系数、折射率、导电率等都是相同的,而非 等轴晶系的晶体具有各向异性。
2)VFT公式(Vogel-Fulcher-Tammann)
lg A B
T T0
式中 A、B、T0―均是与熔体组成有关的常数。
3) 特征温度
e. 操作点 : 粘度相当于 × c11形a.00.变应141的0P0.5a形变1温P3·Psa点度时·as·:的。s的粘的温温度粘温度度相度度,,当相,是是于当在指玻1于该0变璃1温40~形成度开, 粘 玻 始 最 点 f1成.0成3性璃温高。形~形流在度点操1温0动该,温作7度P事温对度与a范·实度应,成s的围上退于又形温: 不火热称时粘度复时膨为能度。存不胀膨保相指在能曲胀持当准,除线软制于备上化 去 d品. 其形Lit应状te力所let。对on应软的化的点温:粘度度范相围当。 b于 玻 于 用 长 ℃ 1玻 化g0..退熔P1璃4的/璃。00.a5.火5化1中玻能玻m·×2s5点的iP~温应璃以璃n1a速0(温0度力纤一液·6s.P率的7T度:的维般的a5粘g加·温m。)上在要澄s度的m热度在:限特求清相直温,,此温制的、粘当径度在是温度炉速均度于,,自消度,中度化相2它重除下3也以熔得当c是下,m5 称 达 以为到完玻每成璃分。转钟变伸温长度一。毫米时的温 度。

玻璃的特性和应用

玻璃的特性和应用

玻璃的特性和应用建筑工程所使用的玻璃应符合《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2015的规定。

一、净片玻璃①未经深加工的平板玻璃,也称为净片玻璃。

现在普遍采用制造方法是浮法。

②净片玻璃有良好的透视、透光性能。

对太阳光中热射线的透过率较高,但对室内墙顶、地面和物品产生的长波热射线却能有效阻挡,可产生明显的“暖房效应”,夏季空调能耗加大;太阳光中紫外线对净片玻璃的透过率较低。

③3~5mm的净片玻璃一般直接用于有框门窗的采光,8~12mm 的平板玻璃可用于隔断、橱窗、无框门。

净片玻璃的另外一个重要用途是作深加工玻璃的原片。

二、装饰玻璃装饰玻璃包括以装饰性能为主要特性的彩色平板玻璃、釉面玻璃、压花玻璃、喷花玻璃、乳花玻璃、刻花玻璃、冰花玻璃等。

三、安全玻璃安全玻璃包括钢化玻璃、均质钢化玻璃、防火玻璃和夹层玻璃。

①钢化玻璃机械强度高,抗冲击性也很高,弹性比普通玻璃大得多,热稳定性好,在受急冷急热作用时,不易发生炸裂,碎后不易伤人。

用于大面积玻璃幕时要采取必要技术措施,以避免受风荷载引起振动而自爆。

常用作建筑物的门窗、隔墙、幕墙及橱窗、家具等。

②普通防火玻璃经过热处理工艺成为钢化玻璃,玻璃表面形成了压应力层,使得玻璃的机械强度、耐热冲击强度得到了提高,并具有特殊的碎片状态。

但钢化玻璃的自爆大大限制了钢化玻璃的应用。

经过长期研究,发现玻璃内部存在硫化镍(NS)结石是造成钢化玻璃自爆的主要原因。

通过对钢化玻璃进行均质(第二次热处理工艺)处理,可以大大降低钢化玻璃的自爆率。

这种经过特定工艺条件处理过的钢化玻璃就是均质钢化玻璃(简称HST)。

在玻璃或最小包装上一般都会标识“均质钢化玻璃”或符号“HST”。

③防火玻璃是指在规定的耐火试验中能够保持其完整性和隔热性的安全玻璃。

防火玻璃按结构可分为复合防火玻璃(FFB)和单片防火玻璃(DFB)。

复合防火玻璃是由两层或两层以上玻璃复合而成或由一层玻璃和有机材料复合而成,并应满足相应耐火等级要求。

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第8章玻璃的光学性质玻璃的光学性质是指玻璃的折射、反射、吸收和透射等性质。

玻璃常用作透光材料,因此对其光学性质的研究在理论上和实践上都具有重要意义。

玻璃是一种高度透明的物质,可以通过调整成分、着色、光照、热处理、光化学反应以及涂膜等物理和化学方法,获得一系列重要光学性能,以满足各种光学材料对特定的光性能和理化性能的要求。

玻璃的光学性能涉及范围很广。

本章仅在可见光范围内(包括近紫外和近红外)讨论玻璃的折射率、色散、反射、吸收和透射(玻璃的着色和脱色在第9章中介绍)。

为了便于讨论玻璃的光学性质,先简略介绍光的本质。

外来能源激发物质中的分子或原子,使分子或原子中的外层电子,由低能态跃迁到高能态,当电子跳回到原来状态时,吸收的能量便以光的形式对外产生辐射,此过程就叫发光。

光是一种电磁波,具有一定的波长和频率,且以极高的速度在空间传播(光速约为3×108m/s)。

可见光、紫外线、红外线以及其他电磁辐射的波长频率范围见图8-1。

从图8-1中可看出,可见光在整个电磁波中只是很窄的一个波段(390~770nm )。

在这一狭窄的波段内,存在着各种不同的色光,包括红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等光谱。

常说的“白光”应该当作“全色光”来理解。

棱镜把太阳光分解为七色颜色光的相应波段,每一波段人眼看来是单一的色,叫做单色光,但它不是单一的值,只不过人眼区别颜色的能力有限,看不出单色复杂性而已。

8.1玻璃的折射率当光照射到玻璃时,一般产生反射、透过和吸收。

这三种基本性质与折射率有关。

玻璃的折射率可以理解为电磁波在玻璃中传播速度的降低(以真空中的光速为准)。

如果用折射率来表示光速的降低,则:VC n /=(8-1)式中:n —玻璃的折射率C —光在真空中的传播速度V —光在玻璃中的传播速度一般玻璃的折射率为1.5~1.75频率/Hz 图8-1电磁波的频率和波长范围波长/nmnm光在真空中的传播速度不同于在玻璃中的传播速度,因为光波是电磁波,而玻璃内部有着各种带电的质点,如离子、离子集团和电子。

对玻璃来说,光波是一个外加的交变电场,故光通过玻璃时,必然会引起玻璃内部质点的极化变形。

在可见光的频率范围内,这种变化表现为离子或原子核外电子云的变形,并且随着光波电场的交变,电子云也反复来回变形,见图8-2。

玻璃内这种极化变形需要能量,这个能量来自光波,因此,光在通过玻璃过程中,光波给出了一部分能量,于是引起光速降低,即低于在空气或真空中的传播速度。

玻璃的折射率也可以用光的入射角的正弦与折射角的正弦之比来表示。

如式8-2和图8-3所示。

CODSin AOB Sin n ∠∠=/(8-2)式中AOB ∠—入射角COD ∠—折射角玻璃的折射率与入射光的波长,玻璃的密度、温度、热历史以及玻璃的组成有密切的关系。

8.1.1玻璃折射率与组成的关系总的来说,玻璃折射率决定于玻璃内部离子的极化率和玻璃的密度。

玻璃内部各离子的极化率(即变形性)越大,当光波通过后被吸收的能量也越大,传播速度降低也越大,则其折射率也越大。

另外,玻璃的密度越大,光在玻璃中的传播速度也越慢,其折射率也越大。

若把玻璃近似看成是各氧化物均匀的混合物,则就每一种氧化物来说,它的极化率i α,密度i d 与折射率i n 之间有如下关系:d M n n N ii i i 2134122+−•=πα(8-3)dM n n K ii i •+−=2122式中N —阿佛加得罗常数i M —氧化物分子量图8-3光在玻璃中的折射示意图图8-2在光波作用下玻璃中离子的电子云变形用i V 代表d M i ,用i R 代表Ki α,则得:ii i i n n R 2122+−=(8-4)式中i R —氧化物的分子折射度i V —氧化物的分子体积经整理后,式(8-4)可改写成:iii ii V R V R n −+=121(8-5)从式(8-5)可知,氧化物(组份)的折射率i n 是由它的分子体积i V 和分子折射度i R 决定的。

分子折射度越大,玻璃折射率越大;分子体积越大,则玻璃折射率越小。

玻璃的分子体积标志着结构的紧密程度。

它决定于结构网络的体积以及网络外空隙的填充程度。

它们都与组成玻璃各种阳离子半径的大小有关。

对原子价相同的氧化物来说,其阳离子半径越大,玻璃的分子体积越大(对网络离子是增加体积,对网络外离子是扩充网络)。

玻璃的折射度是各组成离子极化程度的总和。

阳离子极化率决定于离子半径以及外电子层的结构。

原子价相同的阳离子其半径越大,则极化率越高。

而外层含有惰性电子对(如Pb 2+、Bi 3+等)或18电子结构(Zn 2+、Cd 2+、Hg 2+等)的阳离子比惰性气体电子层结构的离子有较大的极化率。

此外离子极化率还受其周围离子极化的影响,这对阴离子尤为显著。

氧离子与其周围阳离子之间的键力越大,则氧离子的外层电子被固定得越牢固,其极化率越小。

因此当阳离子半径增大时不仅其本身的极化率上升而且也提高了氧离子的极化率,因而促使玻璃分子折射度迅速上升。

由于当原子价相同的阳离子半径增加时分子体积与分子折射度同时上升,前者降低玻璃的折射率,而后者使之增高,故玻璃折射率与离子半径之间不存在直线关系(见图8-4)。

从图8-4可看出,当原子价相同时,阳离子半径小的氧化物和半径大的氧化物都具有较大的折射率,而离子半径居中的氧化物在同族氧化物中具有较低的折射率。

这是因为离子半径小的氧化物对降低分子体积起主要作用而离子半径大的氧化物则对提高极化率起主要作用。

综合这两种效果,故玻璃的折射率与离子半径之间呈“马鞍形”。

图8-4阳离子半径与玻璃折射率的关系曲线县光在玻璃中的折射示意图r/ÅSi 4+、B 3+、P 5+等网络形成体离子,由于本身半径小,电价高,它们不易受外加电场的作用而极化。

不仅如此,它们还紧紧束缚周围的O 2-离子的电子云,使O 2-离子不易受外电场的作用而极化。

鉴于上述原因,网络形成离子对玻璃折射率起降低作用。

例如在石英玻璃中除了Si 4+离子属于网络形成离子外,其余的都是桥氧离子,这两种离子的极化率都很低,因此石英玻璃的折射率很小,仅为1.4589。

受外电场作用而变形的O 2-离子,主要是非桥氧,一般说非桥氧越多,折射率越高。

通常提高碱金属氧化物的含量,可使非桥氧的数量增多,玻璃的折射率即增大。

氟离子的可极化性低于氧离子,F -的分子折射度(2.4)低于O 2-的分子折射度(7.0)。

因此氟化物玻璃具有很低的折射率。

玻璃的折射率也可根据加和公式进行计算:ii p n p n p n n +++=⋯2211(8-6)式中i p p p ,,,21⋯—玻璃中各氧化物的组成(mol%)i n n n ,,,21⋯—玻璃中各氧化物成分的折射率计算系数(见表8-1)表8-1玻璃中各氧化物成分的折射率计算系数氧化物in 氧化物in Na 2O K 2O MgO CaO BaO1.5901.5751.6251.731.87ZnO PbO Al 2O 3B 2O3SiO 21.7052.15~2.5*1.52*1.46~1.72* 1.458~1.475**见干福熹等著《光学玻璃》表8-1所列仅为一部分氧化物的折射率计算系数,其中PbO 、Al 2O 3、B 2O 、SiO 2等氧化物,需按特定方法计算,祥见干福熹等著《光学玻璃》一书。

8.1.2玻璃的色散玻璃折射率随入射光波长不同而不同的现象,称为色散。

在测量玻璃的折射率和色散值时,是指一定的波长而言的。

图8-6色散曲线示意图图8-5在有吸收带时玻璃折射率与光波波长的关系波长/μm由于色散的存在,白光可被棱镜分解成七色光谱。

若入射光不是单色光,通过透镜时由于色散,将在屏上出现模糊的彩色光斑,造成色差而使透镜成象失真。

这点在光学系统设计中必须予以考虑,并常用复合透镜予以消除。

光波通过玻璃时,其中某些离子的电子要随光波电场变化而发生振动。

这些电子的振动有自己的自然频率(本征频率),当电子振子的自然频率同光波的电磁频率相一致时,振动就加强,发生共振,结果大量吸收了相应频率的光波能量。

玻璃中电子振子的自然频率在近紫外区,因此,近紫外区的光受到较大削弱。

绝大多数的玻璃,在近紫外区折射率最大并逐步向红光区降低,如图8-5所示。

在可见光区玻璃的折射率随光波频率的增大而增大。

这种折射率随波长减小而增大,当波长变短时,变化更迅速的色散现象,叫正常色散。

大部分透明物质都具有这种正常色散现象。

当光波波长接近于材料的吸收带时所发生的折射率急剧变化。

在吸收带的长波侧,折射率高,在吸收带的短波侧的折射率低,这种现象称为反常色散,如图8-6所示。

玻璃内部相邻离子相互间的作用,对于电子的振动也有影响。

因此,不同类型玻璃的色散曲线相似,但又不尽相同,如图8-7所示。

8.1.3玻璃折射率与温度、热历史的关系玻璃的折射率是温度的函数,它们之间的关系与玻璃组成及结构有密切的关系。

当温度上升时,玻璃的折射率将受到作用相反的两个因素的影响,一方面由于温度上升,玻璃受热膨胀使密度减小,折射率下降。

另一方面由于温度升高,导致阳离子对O 2-离子的作用减小,极化率增加,使折射率变大。

且电子振动的本征频率随温度上升而减小,使(因本征频率重叠而引起的)紫外吸收极限向长波方向移动,折射率上升。

因此,玻璃折射率的温度系数值有正负两种可能。

对固体(包括玻璃)来说,这两种因素可用下式表示:tR d t d R t n ∂∂+∂∂=∂∂(8-7)图8-8几种氧化物折射率与温度的关系图8-7不同类型玻璃的色散曲线1—K517/6412—BK534/5543—F620/3634—2F 755/275lgλ/nmΔ/(n λ-n D )从式(8-7)可知,玻璃折射率的温度系数决定于玻璃折射度随温度的变化(tR ∂∂)和热膨胀系数随温度的变化(td ∂∂)。

前者主要和玻璃的紫外吸收极限有关。

一般光学玻璃的热膨胀系数变化不大(约为60~80×10-7/℃),故其折射率温度系数主要决定于(tR∂∂)。

随着温度的上升,原子外层电子产生跃迁的禁带宽度下降,紫外吸收极限向长波移动,折射率上升。

若某种情况下玻璃的紫外吸收极限在温度上升时变化不大,而玻璃热膨胀系数有明显的差别,则后者(t d∂∂)对折射率温度系数起主要作用。

热膨胀系数大的,由于折射率的温度系数主要决定于(td∂∂),折射率随温度上升而下降。

例如硼氧玻璃和磷氧玻璃,其膨胀系数甚大(150~160×10-7/℃),折射率温度系数为负值。

膨胀系数甚小的石英玻璃,折射率主要决定于(tR∂∂),故折射率系数为正值,图8-8是几种氧化物折射率与温度的关系。

热历史对玻璃折射率的影响表现为以下几方面:(1)如将玻璃在退火区内某一温度保持足够长的时间后达到平衡结构,以后若以无限大速率冷却到室温,则玻璃仍保持此温度下的平衡结构及相应的平衡折射率。

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