玻璃工艺10玻璃的光学性质分析
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玻璃中自由电子——紫外光，Si-O网络——红外光 振动频率相当。所以普通玻璃对紫外、红外光不透过。
氧化物系统玻璃在红外可透过6μ以下的光，As2S3等 非氧化物系统可透过更长的光波。
* 光吸收 等同吸收 使光强减弱
选择性吸收 产生颜色
四、玻璃的红外和紫外吸收 1. 紫外吸收 ·吸收极限 透光曲线上吸收区与透光区间一条很陡
五、玻璃对光的散射（optical scattering) 机理：玻璃内存在密度不均匀区域，导致光线折射多次
而产生散射。是玻璃乳浊现象的根源。
1. 乳浊机理 （1）析晶乳浊
（2）分相乳浊 （3）气相乳浊
2. 影响乳浊因素 （1）直接因素 微粒大小 数量 Δn （2）间接因素 基玻璃组成 乳浊剂种类和数量 常用乳浊剂 硫酸盐、氟化物、磷酸盐、TiO2、SnO2等。
时会引起玻璃内部质点的极化变形，离子偶极矩改变所 需能量来自光波，光波能量减小，传播速度降低。 2. 影响因素
（1）组成
①玻璃密度 越大，n越大
②离子极化率 越大，n越大
a 1 ni2 1 Mi 34 N ni2 2 d
K
Vi
Ri =a / K
a 极化率 N 阿佛加德罗常数 ni 折射率 d 密
2. 红外吸收 机理：红外频率与玻璃中分子本征振动频率相近
引起共振而产生。
1
f
2c M
f 力常数（化学键对于改变其长度的阻力）
M 原子量
c 光速
氧化物玻璃只能透过近红外。铅玻璃及非氧
化物系统玻璃因原子量大、力学常数小，可透过 波长更长的光。
由于稀土元素的原子量较大，因而含稀 土的玻璃具有较宽的红外透射范围。
第十章 玻璃的光学性质 optical property
一、玻璃的折射率 refractive index
1. 定义
N=sini/sin
绝对折射率 n0=c0 / c c0 真空中光速
相对折射率 n=c1 / c c1 空气中光速
n通常大于1，即光在玻璃中的传播速度降低。原因？ 光波为电磁波，对于玻璃是一外加交变电场，通过
*硅酸盐玻璃对潮湿大气作用性能比较稳定
采用硒镉着色、离子着色。
三、玻璃的光吸收、反射、透过 A+R+T=1
1. 光的反射 反射率——从玻璃表面反射出去的光强与入射光强之 比
R
(
n1 n2
)2
反射率决定于表面光洁度、入射光波长、 入射角和折射率等。
改变反射率常用镀膜。
2. 光透过和吸收 ·透过率 T=I/I0=(1－R)2e－αl ·光密度 D=lg1/T 常用D表示光的吸收和反射损失。 T取决于光波与玻璃中粒子间的作用。
波长减小而更迅速变化。 ·反常色散 光波波长接近于材料吸收带时折射率发
生急剧变化，吸收带长波方向折射率高 而 短波方向折射率低。
二、玻璃的光学常数与光学玻璃分类
1. 标准波长 不同波长下测得的折射率用不同的符号表示：nD
nF nC等。
2. 色散表示法
a. 平均色散 Δ= nF － nC
b. 部分色散 nd － nD、 nD － nC、 ng － nG和 nF － nC 等
度 Mi 分子量 Ri 分子折射度
Vi 分子体积
ni
1
2
Ri Vi
1
Ri Vi
Ri越大，折射率越大。 Vi越大，折射率越小。
a.电价相同 半径大和小的折射率大。
半径小的降低分子体积使密度增大；半径大的极化率大。 b.网络生成体离子 减小折射率
不易极化，且束缚桥氧的电子云不被极化
c.非桥氧
量越大折射率越高
F-代O2-降低折射率（因F-的折射度2.4小于氧2.67）
（2）温度
n t
R
d t
d
R t
<0
>0
温度升高时n受（1）随密度减小而n减小（2）随电子振
动频率减小而增大。所以
n t
有正负两种可能。
室温至100C n/ t大于0（主要决定于R/ t） 低温 d/ t起决定作用， n/ t小于0 （3）入射光波长 波长越长，折射率越小。 3. 色散 定义：玻璃的n随入射光波长不同而不同的现象。 ·正常色散 折射率随波长减小而增大，色散随光波
Fe＋2 Fe＋3 CeO2等氧化物能强烈吸收紫外线
钴不吸收紫外线，在磷酸盐玻璃中与氧化镍 共用可制黑色透短波紫外线
石英玻璃具有优异的透紫外性，它既可以透 过远紫外线，又可透过可见光和近红外光谱
紫外线防护玻璃
以铝硅酸盐为基本组成，掺入截紫 外线剂CeO2制得的。
该种玻璃，具有良好的化学稳定性、 耐热冲击性以及耐辐射性能。可用做隔 绝、滤除紫外辐照的透明材料，如防紫 外窗口、激光器用截紫外防护隔板、有 机材料紫外老化防护等，其应用领域非 常广阔。
重冕ZK
*火石玻璃（F ）---Flint Glass F 铅钾硅酸盐系统，做凹透镜
轻火石QF 钡火石BaF 火石F 重火石ZF 特种火石TiF
重钡火石ZBaF
有色光学玻璃（滤光玻璃）
*磷酸盐玻璃。对潮湿大气作用性能稳定性则较 差，根据使用场合的不同，可加以真空镀膜处理 （一般使用情况不需镀膜处理）。
的分界线。 ·紫外区 波长小于吸收限的光都吸收
波长大于吸收限的光都透过
·紫外吸收机理 光子激发氧离子的电子到高能级的结果。所以λ大的
波能量低，不能激发电子，全部透过。
氧离子与阳离子间结合力影响紫外吸收限。 Ob多，吸收限偏向短波，透紫外好； Onb多，吸收限偏向长波，透紫外差。 ∴ 网络外体氧化物越多，透紫外越差。
红外玻璃是红外光学技术的关键材料， 广泛使用在红外航空摄影、红外火炮控制系 统、超音速飞机、导弹、卫星和各种跟踪、 遥测和从地球到卫星或与其它星球通讯等。 该类玻璃重要性能是在某特定红外波段内的 透过率、折射率和色散、受热时自辐射性能 、机械强度、硬度和化学稳定性。
隔（吸）热玻璃： Fe＋2能有效吸收红外线（特别对 1064 纳米红外吸收），对可见光的高度透过，应用在 冷光灯源产品上。如：手术室冷光灯，幻灯机、投影 仪。பைடு நூலகம்
c. 阿贝数（色散倒数）
nD 1 nF nC
d. 相对部分色散 如 nD nC 等
nF nC
2. 光学玻璃分类 无色光学玻璃
*冕牌玻璃（K）--Crown Glass nD＞1.6 ,vD>50 和 nD<1.6 , vD>55 K 含碱硼硅酸盐系统，做凸透镜
轻冕QK 冕K 磷冕PK 钡冕BaK
氧化物系统玻璃在红外可透过6μ以下的光，As2S3等 非氧化物系统可透过更长的光波。
* 光吸收 等同吸收 使光强减弱
选择性吸收 产生颜色
四、玻璃的红外和紫外吸收 1. 紫外吸收 ·吸收极限 透光曲线上吸收区与透光区间一条很陡
五、玻璃对光的散射（optical scattering) 机理：玻璃内存在密度不均匀区域，导致光线折射多次
而产生散射。是玻璃乳浊现象的根源。
1. 乳浊机理 （1）析晶乳浊
（2）分相乳浊 （3）气相乳浊
2. 影响乳浊因素 （1）直接因素 微粒大小 数量 Δn （2）间接因素 基玻璃组成 乳浊剂种类和数量 常用乳浊剂 硫酸盐、氟化物、磷酸盐、TiO2、SnO2等。
时会引起玻璃内部质点的极化变形，离子偶极矩改变所 需能量来自光波，光波能量减小，传播速度降低。 2. 影响因素
（1）组成
①玻璃密度 越大，n越大
②离子极化率 越大，n越大
a 1 ni2 1 Mi 34 N ni2 2 d
K
Vi
Ri =a / K
a 极化率 N 阿佛加德罗常数 ni 折射率 d 密
2. 红外吸收 机理：红外频率与玻璃中分子本征振动频率相近
引起共振而产生。
1
f
2c M
f 力常数（化学键对于改变其长度的阻力）
M 原子量
c 光速
氧化物玻璃只能透过近红外。铅玻璃及非氧
化物系统玻璃因原子量大、力学常数小，可透过 波长更长的光。
由于稀土元素的原子量较大，因而含稀 土的玻璃具有较宽的红外透射范围。
第十章 玻璃的光学性质 optical property
一、玻璃的折射率 refractive index
1. 定义
N=sini/sin
绝对折射率 n0=c0 / c c0 真空中光速
相对折射率 n=c1 / c c1 空气中光速
n通常大于1，即光在玻璃中的传播速度降低。原因？ 光波为电磁波，对于玻璃是一外加交变电场，通过
*硅酸盐玻璃对潮湿大气作用性能比较稳定
采用硒镉着色、离子着色。
三、玻璃的光吸收、反射、透过 A+R+T=1
1. 光的反射 反射率——从玻璃表面反射出去的光强与入射光强之 比
R
(
n1 n2
)2
反射率决定于表面光洁度、入射光波长、 入射角和折射率等。
改变反射率常用镀膜。
2. 光透过和吸收 ·透过率 T=I/I0=(1－R)2e－αl ·光密度 D=lg1/T 常用D表示光的吸收和反射损失。 T取决于光波与玻璃中粒子间的作用。
波长减小而更迅速变化。 ·反常色散 光波波长接近于材料吸收带时折射率发
生急剧变化，吸收带长波方向折射率高 而 短波方向折射率低。
二、玻璃的光学常数与光学玻璃分类
1. 标准波长 不同波长下测得的折射率用不同的符号表示：nD
nF nC等。
2. 色散表示法
a. 平均色散 Δ= nF － nC
b. 部分色散 nd － nD、 nD － nC、 ng － nG和 nF － nC 等
度 Mi 分子量 Ri 分子折射度
Vi 分子体积
ni
1
2
Ri Vi
1
Ri Vi
Ri越大，折射率越大。 Vi越大，折射率越小。
a.电价相同 半径大和小的折射率大。
半径小的降低分子体积使密度增大；半径大的极化率大。 b.网络生成体离子 减小折射率
不易极化，且束缚桥氧的电子云不被极化
c.非桥氧
量越大折射率越高
F-代O2-降低折射率（因F-的折射度2.4小于氧2.67）
（2）温度
n t
R
d t
d
R t
<0
>0
温度升高时n受（1）随密度减小而n减小（2）随电子振
动频率减小而增大。所以
n t
有正负两种可能。
室温至100C n/ t大于0（主要决定于R/ t） 低温 d/ t起决定作用， n/ t小于0 （3）入射光波长 波长越长，折射率越小。 3. 色散 定义：玻璃的n随入射光波长不同而不同的现象。 ·正常色散 折射率随波长减小而增大，色散随光波
Fe＋2 Fe＋3 CeO2等氧化物能强烈吸收紫外线
钴不吸收紫外线，在磷酸盐玻璃中与氧化镍 共用可制黑色透短波紫外线
石英玻璃具有优异的透紫外性，它既可以透 过远紫外线，又可透过可见光和近红外光谱
紫外线防护玻璃
以铝硅酸盐为基本组成，掺入截紫 外线剂CeO2制得的。
该种玻璃，具有良好的化学稳定性、 耐热冲击性以及耐辐射性能。可用做隔 绝、滤除紫外辐照的透明材料，如防紫 外窗口、激光器用截紫外防护隔板、有 机材料紫外老化防护等，其应用领域非 常广阔。
重冕ZK
*火石玻璃（F ）---Flint Glass F 铅钾硅酸盐系统，做凹透镜
轻火石QF 钡火石BaF 火石F 重火石ZF 特种火石TiF
重钡火石ZBaF
有色光学玻璃（滤光玻璃）
*磷酸盐玻璃。对潮湿大气作用性能稳定性则较 差，根据使用场合的不同，可加以真空镀膜处理 （一般使用情况不需镀膜处理）。
的分界线。 ·紫外区 波长小于吸收限的光都吸收
波长大于吸收限的光都透过
·紫外吸收机理 光子激发氧离子的电子到高能级的结果。所以λ大的
波能量低，不能激发电子，全部透过。
氧离子与阳离子间结合力影响紫外吸收限。 Ob多，吸收限偏向短波，透紫外好； Onb多，吸收限偏向长波，透紫外差。 ∴ 网络外体氧化物越多，透紫外越差。
红外玻璃是红外光学技术的关键材料， 广泛使用在红外航空摄影、红外火炮控制系 统、超音速飞机、导弹、卫星和各种跟踪、 遥测和从地球到卫星或与其它星球通讯等。 该类玻璃重要性能是在某特定红外波段内的 透过率、折射率和色散、受热时自辐射性能 、机械强度、硬度和化学稳定性。
隔（吸）热玻璃： Fe＋2能有效吸收红外线（特别对 1064 纳米红外吸收），对可见光的高度透过，应用在 冷光灯源产品上。如：手术室冷光灯，幻灯机、投影 仪。பைடு நூலகம்
c. 阿贝数（色散倒数）
nD 1 nF nC
d. 相对部分色散 如 nD nC 等
nF nC
2. 光学玻璃分类 无色光学玻璃
*冕牌玻璃（K）--Crown Glass nD＞1.6 ,vD>50 和 nD<1.6 , vD>55 K 含碱硼硅酸盐系统，做凸透镜
轻冕QK 冕K 磷冕PK 钡冕BaK