第一章光学材料
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①小批量生产时，高级照相机物镜和高倍的望远镜物镜可选用△nd为1～3 类和υd为2～3类玻璃。大批量生产时选用均为1～2类的玻璃。 ②对于望远镜的第二组分和光焦度不大的透镜、目镜、会聚光路上的棱镜， 可用△nd 和υd均为3～4类玻璃。 ③保护玻璃、分划板、毛玻璃、反射镜、聚光镜、场镜、平行光路中的棱
第一章 光学材料
❖ 例如：K9的成分
由 SiO2：69.13%；B2O3：10.75%；K2O：6.29%； Na2O：10.40%；As2O3：0.36%；BaO：3.07%。
➢ 加入氧化铝（Al2O3），能提高光学玻璃的化学稳定性和机 械强度；
➢ 加入氧化铅（PbO）和氧化钡（BaO），可增大光学玻璃折 射率，但化学稳定性降低；
❖ 二、物质的玻璃态
物质按结构分晶体和非晶体。 玻璃态的特点：物质内部氧化物的元素以元素的离子状态存 在，它们之间的排列是没有规律的，无固化点和融化点。
第一章 光学材料
玻璃态：玻璃在低温固态下仍保留了高温液态的无定形结构。 又称过冷却液体。
三、玻璃的物理特性
①各向同性：指玻璃内部沿任何方向测得的物理性能（如折射 率、热膨胀系数、硬度等）都是同值。 各向异性：沿任何方向测得的物理性能都是不同值。
显的界限。
强调：远程无序、近程有序。
第一章 光学材料
❖ § 1-2 无色光学玻璃
一、光学玻璃的组成
光学玻璃是由多种氧化物组成的，这些氧化物分为两大类： 一类氧化物是能生成玻璃网络结构的氧化物，如SiO2、B2O3、
P2O5等，属AO2、A2O3、A2O5型氧化物，称之为玻璃形成体 或玻璃网络体； 另一类氧化物，不能生成玻璃的网络体，只是插入玻璃的网 络结构中间，如Na2O、K2O、CaO、BaO、PbO等，属于 A2O、AO型氧化物，他们称之为玻璃的网络外体。
➢ 加入氧化钠（ NaCl ），使光学玻璃化学稳定性和机械性能 变差，但可降低熔炼温度；等等。
第一章 光学材料
二、无色光学玻璃的分类及命名（牌号）
大都采用拉丁字母作为品种的标志，在品种标志之后附有牌 号的标志。
1、分类划分界限： 按光学玻璃折射率和阿贝数的大小将其分为冕牌玻璃和火石
玻璃两大类。
例如：德国规定nd＜1.6，υd＞50为冕牌类，其余则为火石类； 日本规定nd＜1.6，υd＞55为冕牌类，其余则为火石类。
我国光学玻璃标准规定：将玻璃分为2大类，用K代表冕牌 玻璃，F代表火石玻璃。每一大类又进一步按nd及υd分为18 个品种。
第一章 光学材料
❖ 冕 牌 玻 璃（8个）： 火 石 玻 璃（10个）：
第一章 光学材料
2、牌号：ZF9（1～99） 其中F——种类；ZF——品种；ZF9——牌号
同一品种玻璃，它的折射率大致相同相差不多。
△nd： ±5x10-5 ±1x10-4 ±2x10-4
…
nF-nc： ±1x10-5 ±1x10-5 ±1x10-5
…
ຫໍສະໝຸດ Baidu
第一章 光学材料
例如：K9： nd=1.5163 0类A级时nd的大小 0类： 1.5158～1.5168 A级： 1.51625～1.51635 0类A级去它们交集。
选取时：
②介稳状态：在一定条件下，物质可能处于相对稳定的状态， 但不是能量最低储存状态，叫介稳状态。
说明玻璃有像晶体转化的趋势。
第一章 光学材料
③玻璃从熔融状态向固态转化是连续可逆的。
④玻璃无固化点和熔化点。
第一章 光学材料
❖ 四、玻璃的结构
(一)无规则网络学说认为： 1932年 荷兰 查哈里阿生 1、内容： ①玻璃的原子、离子、或原子团之间的结合，构成一个连续的
普通玻璃的组成：SiO2+Na2O+CaO 光学玻璃的组成：成分复杂
现代光学玻璃所含元素几乎遍及化学元素周期表，每一 种光学玻璃都要由硅、磷、硼、铅、钾、钠、钡、钙、砷、 铝等多种氧化物组成。 ②高度透明： ③高度均匀性：各点各处的光学常数和其它一些物理化学性质 一致
第一章 光学材料
（二）光学玻璃的种类 按主要组成成份分： 以SiO2为主要成分的光学玻璃,称之为硅酸盐玻璃；占95% 以B2O3为主要成分的光学玻璃, 称之为硼酸盐玻璃； 以P2O5为主要成分的光学玻璃,称之为磷酸盐玻璃。 硅酸盐玻璃是制造透镜、棱镜等光学零件的主要材料。
网络体； ②网络体呈现出很大的不规则性。 2、一元体系玻璃特性（一元体系玻璃结构）： 例如：SiO2 晶体：石英晶体
玻璃：熔石英玻璃
第一章 光学材料
由一个硅原子和四个氧原子构成的硅氧四面体［SiO4］。
熔石英玻璃和石英晶体的结构模型如下
石英晶体
熔石英玻璃
第一章 光学材料
化学结构式：
由于在熔石英玻璃结构中，只有Si－0键，且键力平衡，结 合牢固。因此，熔石英玻璃具有较高的软化温度、化学稳定 性、机械强度高以及较低的热膨胀系数等特性。
第一章 光学材料
3、二元体系玻璃——Na2OSiO2
化学结构式
第一章 光学材料
（二）“晶子”学说 1921年 苏联 列别杰夫
内容： ①玻璃由无数“晶子”组成； ②所谓“晶子”不同于一般的“微晶”，而是带有点阵变形的
有序排列区； ③它们分散在无定形介质区； ④从晶子区到无定形区的过渡是逐步完成的，两者之间并无明
第一章 光学材料
❖ 一、光学材料的种类
光学玻璃：
光学晶体：
KDP类型晶体
第一章 光学材料
光学塑料：
光学玻璃: ①是光学设计最常用的光学材料； ②为满足光学设计对多种光学常数、高度均匀性、高度透明性
及化学稳定性的要求，应具有复杂的组成和严格的熔炼过程。
第一章 光学材料
（一）光学玻璃与普通玻璃的区别: ①折射率：
△nd： ±5x10-4 ±7x10-4 ±10x10-4 …
…
nF-nc： ±5x10-5 ±7x10-5 ±10x10-5 …
…
例如：K9： nd=1.5163 0类K9的nd： 1.5158～1.5168
② nd、υd的一致性
同一批玻璃中要控制nd、υd的差值不能过大。
分 A 、 B 、 C 、 D 四级
三、无色光学玻璃的质量指标（七项）
（一）折射率、色散系数的允差及一致性 折射率：表示光在空气中的传播速度与在玻璃中的传播
速度之比。 n=C/V （nd、nF、nc） 色散系数：不同波长的光经过折射后，出射点不同。
υd= nd-1
nF-nC
用中部色散nF-nc衡量
第一章 光学材料
① nd、υd的允差（允许差值） 分 0 、 1 、 2 、 3 、 4 四类
第一章 光学材料
❖ 例如：K9的成分
由 SiO2：69.13%；B2O3：10.75%；K2O：6.29%； Na2O：10.40%；As2O3：0.36%；BaO：3.07%。
➢ 加入氧化铝（Al2O3），能提高光学玻璃的化学稳定性和机 械强度；
➢ 加入氧化铅（PbO）和氧化钡（BaO），可增大光学玻璃折 射率，但化学稳定性降低；
❖ 二、物质的玻璃态
物质按结构分晶体和非晶体。 玻璃态的特点：物质内部氧化物的元素以元素的离子状态存 在，它们之间的排列是没有规律的，无固化点和融化点。
第一章 光学材料
玻璃态：玻璃在低温固态下仍保留了高温液态的无定形结构。 又称过冷却液体。
三、玻璃的物理特性
①各向同性：指玻璃内部沿任何方向测得的物理性能（如折射 率、热膨胀系数、硬度等）都是同值。 各向异性：沿任何方向测得的物理性能都是不同值。
显的界限。
强调：远程无序、近程有序。
第一章 光学材料
❖ § 1-2 无色光学玻璃
一、光学玻璃的组成
光学玻璃是由多种氧化物组成的，这些氧化物分为两大类： 一类氧化物是能生成玻璃网络结构的氧化物，如SiO2、B2O3、
P2O5等，属AO2、A2O3、A2O5型氧化物，称之为玻璃形成体 或玻璃网络体； 另一类氧化物，不能生成玻璃的网络体，只是插入玻璃的网 络结构中间，如Na2O、K2O、CaO、BaO、PbO等，属于 A2O、AO型氧化物，他们称之为玻璃的网络外体。
➢ 加入氧化钠（ NaCl ），使光学玻璃化学稳定性和机械性能 变差，但可降低熔炼温度；等等。
第一章 光学材料
二、无色光学玻璃的分类及命名（牌号）
大都采用拉丁字母作为品种的标志，在品种标志之后附有牌 号的标志。
1、分类划分界限： 按光学玻璃折射率和阿贝数的大小将其分为冕牌玻璃和火石
玻璃两大类。
例如：德国规定nd＜1.6，υd＞50为冕牌类，其余则为火石类； 日本规定nd＜1.6，υd＞55为冕牌类，其余则为火石类。
我国光学玻璃标准规定：将玻璃分为2大类，用K代表冕牌 玻璃，F代表火石玻璃。每一大类又进一步按nd及υd分为18 个品种。
第一章 光学材料
❖ 冕 牌 玻 璃（8个）： 火 石 玻 璃（10个）：
第一章 光学材料
2、牌号：ZF9（1～99） 其中F——种类；ZF——品种；ZF9——牌号
同一品种玻璃，它的折射率大致相同相差不多。
△nd： ±5x10-5 ±1x10-4 ±2x10-4
…
nF-nc： ±1x10-5 ±1x10-5 ±1x10-5
…
ຫໍສະໝຸດ Baidu
第一章 光学材料
例如：K9： nd=1.5163 0类A级时nd的大小 0类： 1.5158～1.5168 A级： 1.51625～1.51635 0类A级去它们交集。
选取时：
②介稳状态：在一定条件下，物质可能处于相对稳定的状态， 但不是能量最低储存状态，叫介稳状态。
说明玻璃有像晶体转化的趋势。
第一章 光学材料
③玻璃从熔融状态向固态转化是连续可逆的。
④玻璃无固化点和熔化点。
第一章 光学材料
❖ 四、玻璃的结构
(一)无规则网络学说认为： 1932年 荷兰 查哈里阿生 1、内容： ①玻璃的原子、离子、或原子团之间的结合，构成一个连续的
普通玻璃的组成：SiO2+Na2O+CaO 光学玻璃的组成：成分复杂
现代光学玻璃所含元素几乎遍及化学元素周期表，每一 种光学玻璃都要由硅、磷、硼、铅、钾、钠、钡、钙、砷、 铝等多种氧化物组成。 ②高度透明： ③高度均匀性：各点各处的光学常数和其它一些物理化学性质 一致
第一章 光学材料
（二）光学玻璃的种类 按主要组成成份分： 以SiO2为主要成分的光学玻璃,称之为硅酸盐玻璃；占95% 以B2O3为主要成分的光学玻璃, 称之为硼酸盐玻璃； 以P2O5为主要成分的光学玻璃,称之为磷酸盐玻璃。 硅酸盐玻璃是制造透镜、棱镜等光学零件的主要材料。
网络体； ②网络体呈现出很大的不规则性。 2、一元体系玻璃特性（一元体系玻璃结构）： 例如：SiO2 晶体：石英晶体
玻璃：熔石英玻璃
第一章 光学材料
由一个硅原子和四个氧原子构成的硅氧四面体［SiO4］。
熔石英玻璃和石英晶体的结构模型如下
石英晶体
熔石英玻璃
第一章 光学材料
化学结构式：
由于在熔石英玻璃结构中，只有Si－0键，且键力平衡，结 合牢固。因此，熔石英玻璃具有较高的软化温度、化学稳定 性、机械强度高以及较低的热膨胀系数等特性。
第一章 光学材料
3、二元体系玻璃——Na2OSiO2
化学结构式
第一章 光学材料
（二）“晶子”学说 1921年 苏联 列别杰夫
内容： ①玻璃由无数“晶子”组成； ②所谓“晶子”不同于一般的“微晶”，而是带有点阵变形的
有序排列区； ③它们分散在无定形介质区； ④从晶子区到无定形区的过渡是逐步完成的，两者之间并无明
第一章 光学材料
❖ 一、光学材料的种类
光学玻璃：
光学晶体：
KDP类型晶体
第一章 光学材料
光学塑料：
光学玻璃: ①是光学设计最常用的光学材料； ②为满足光学设计对多种光学常数、高度均匀性、高度透明性
及化学稳定性的要求，应具有复杂的组成和严格的熔炼过程。
第一章 光学材料
（一）光学玻璃与普通玻璃的区别: ①折射率：
△nd： ±5x10-4 ±7x10-4 ±10x10-4 …
…
nF-nc： ±5x10-5 ±7x10-5 ±10x10-5 …
…
例如：K9： nd=1.5163 0类K9的nd： 1.5158～1.5168
② nd、υd的一致性
同一批玻璃中要控制nd、υd的差值不能过大。
分 A 、 B 、 C 、 D 四级
三、无色光学玻璃的质量指标（七项）
（一）折射率、色散系数的允差及一致性 折射率：表示光在空气中的传播速度与在玻璃中的传播
速度之比。 n=C/V （nd、nF、nc） 色散系数：不同波长的光经过折射后，出射点不同。
υd= nd-1
nF-nC
用中部色散nF-nc衡量
第一章 光学材料
① nd、υd的允差（允许差值） 分 0 、 1 、 2 、 3 、 4 四类