光学玻璃

光學玻璃主要成分是二氧化矽(SiO2)，目前生產的種類約有250種，依折射率(n d)與色散率(V d)來分，大致可分為冠冕玻璃(Crown Glass, Vd>55)和火石玻璃(Flint Glass, Vd<55)兩大類。

根據所滲入的副成分多與少、又有不同的細分類如圖2-1及表2-4所示。

各玻璃種別再依光學性能的少許差異，再以數字1,2,3...區別。

表2-4 光學玻璃的記號與名稱
選擇光學玻璃須詳慮折射率nd、Abbe數vd、耐候性、著色度、熱特性等。

最常用的玻璃為硼矽crown BK7，其耐酸性、耐候性強，硬度適當，容易加工，易得均質大塊，光學上的光譜分散少，而且透過率良好，廣用為各種單透鏡、全反射稜鏡、面向空氣的透鏡類或窗等材料。

光學玻璃之優缺點
透鏡材料光譜圖
光學材料（Optical Materials）
絕大部分的光學材料用於光的穿透。

有時也用於特定的濾色作用（選擇性的穿透）。

在最為熟悉的應用中，如建築用與汽車用玻璃，其光學要求為穿透且不被撓曲。

就是要求平且平行的表面，其內部也無裂縫。

在某些應用中，紅外光與紫外光射必須被濾去。

光學濾鏡具有沿光線路徑產生折射的額外目的。

視力用的透鏡，其折射通常由研磨表面曲率來控制。

折射率（index of refraction），材料的一種性質，在透鏡特殊用途上為第二個原素
且在元學系統中必須給予考慮。

通訊用的光纖維為最近科技的一項革新；很明顯地，此纖維必須具有趨近於零的光吸收，令人驚奇的是折射率也是個因素。

雷射光學也是另一頁光的高度科技應用，它涵蓋著多彩多姿的材料發展。

3.5.1折射率（index of refraction）
材料的折射率，，係光速度，，在真空中對在材料中的比值；可由史乃爾定律（Snell;s law）計算，它與入射角及折射角有關：
(3 – 35)
光線可以任何方向進行，但是如果
2超過了某一臨界值（使
1等於90°）時，此光線
只有反射。

折射率隨頻率稍有變化，在藍光與紅光間折射率展開稱為分散（dispersion）。

波長愈短折射率愈高；在透鏡系統的設計中，折射率變得很重要，因為自有的色光必須在同一平面聚焦。

表3－5列出了幾種材料的折射率與分散情形。

Table 3-5. Mass Absorption Coefficient of Various Materials
折射率與極化有關係；因為在光頻率範圍僅電子極化發生，折射率
與電子介電常數
(3 – 36)
在玻璃與立方系材料中，電子極化在自有方向皆均勻。

然而在非立方材料中，元子的可極化性（polarizability）隨光振動的方向而變化。

因此其折射率為非等方向性（anisotropic）；例如，碳酸鈣(CaCO3)使它的（CO3）2-離子取向而讓四個原子同倍於六方晶體的（0001）平面（圖3-13）。

在此平面電子的可極化能力(polarizability)比垂直於平面的方向大24％。

因此形成兩種折射率－1.66與1.49。

此種差別稱為雙折射。

即呈現兩種折射。

吸收（absorption）
可見光的頻率約在5×1014 Hz，低於正常電子極化的限制而高於離子極化的限制；所以，簡單的離子與共價材料是透明的，因為有關於相遲滯的能量損失可避免。

結果，任何衰減是因為在材料內的非完美性。

具有顏色的材料是由於吸收白光中的部份頻率而讓某些光譜透過，讓我們考慮透明材料中光吸收機構中的一種－顏色中心（colored center）。

假如KBr，通常它為透明，加熱至有鉀原子氣體存在時，多餘的鉀原子會附著於表面上如圖(a)所示，如此就增加了內部Br-離子移至表面的機會，留下一空位在內部，此空位失去-負電荷，所以能吸收-電子（如，從可離子化的鉀原子－在表面）。

此被吸收的電子將於此小“洞穴“中表現出特殊的頻率（(b)）。

在此特殊情況下，電子的共振週期為2.06×10-15s，頻率為4.85×1014Hz，相當於橘色光的頻率（λ=618nm）。

因此，在其附近的波長會被吸收，透過的光為其互補，係藍-綠色。

如上所述的結構缺陷稱為F-center （來自德文的Farb-poit，意指color-point）。

其它型的缺陷產生其它型的吸收。

窗玻璃的顏色通常是藍-綠色。

此顏色是由於在玻璃中存在鐵離子；亞鐵離子的吸收造成藍色，而鐵離子的吸收則使黃光透過。

其它離子產生其它顏色；例如，Co2＋形成藍色。

假如光由內部的反射而造成散射，或在晶界處造成折射，則透明的材料變成半透明
（translucent）。

因此最大透明性掌握了玻璃，無晶形塑膠，及單晶的用途。

矽酸鹽玻璃（BORO SILLICATE GLASS）
屬最常用的光陰極視窗極材質，透過光波範圍自300nm至紅外光域，所以不適用於需偵測紫外光的情況。

用在「光子計數器」（photon counting）以測計游離輻射所產生的閃爍光時，不含鉀的「無鉀硼矽酸鹽玻璃」，可以濾
除不必要的低頻雜訊。

紫外線玻璃（UV-transmitting glass，UV-glass）
與「硼矽酸鹽玻璃」一樣，是使用較廣的視窗材質。

可透過波長大於185nm以上的紫外光。

合成氧化矽（Synthetic Silica，石英）
可透過波長大於165nm以上的紫外光，由於矽的膨脹係數與KOVAR合金（一種鐵鎳鈷的合金，用來製作金屬－玻璃密封）
不同，所以不能用在鑽探工作上。

藍寶玻璃（Sapphire glass）
是由三氧化二鋁（Ａl2Ｏ3）結晶製成，透光率在「紫外線
玻璃」與「合成氧化矽」之間。

但在150nm時之透光率大於「合
成氧化矽」，又不會發生熱膨脹不均情形，且厚度較薄。

二氟化鎂（MgF2）
此種鹵化鹼晶體（ALKALI HALIDE）對紫外光的透過率非
常特出，但有歧散（deliquescence）問題，對紫外光的透過波
長可達115nm。

7056 GLASS
此種玻璃係由CORNING出品，材質是「硼矽酸鹽玻璃」
（BORO SILLICATE GLASS），應用極廣。

>>光學低通濾波晶片（Optical Low Pass Filter，OLPF）
採用透光率高、雜質氣泡少的光學級石英做為材料，製作晶片，主要用於DSC、PC Camera、DVC、CCTV、Camcorder等產品，可有效消除光學雜訊、提高穿透率及取像品質。

CCD影像感測元件可分為線性CCD及面積式CCD(畫素矩陣排列),依目前技術,面積式CCD 在取像上有兩項缺點:一為色彩不正(不符合人眼),解決方式為加入IR Cut Coating製程或加上IR Cut Glass.
另一為當取像空間頻率超越CCD劃素所能擷取(R.G.B)頻率時,則產生假擬信號而失真,干擾畫質.其最佳解決方式非降低解析度(利用其他配合系統的MTF值小於CCD MTF值,而降低劃素.)而是在CCD影像感測元件前加入Optical Low Pass Filter以彌補面積式CCD取像之不足.充分發揮CCD畫素(質).。