光学材料复习

基态的光谱项 2s+1LJ
稀土离子： 均具有内层4f电子能级，稀土化合物的发光 是基于它们的4f电子在内层f-f或f-d组态之间 的跃迁。
nF: F线486.1nm, nC: C线656.3nm, nF-nC平均色散
牌号
Lithotec-CaF2 N-SF6 SF6
代号
434952.318
nd
nF
nC
1.432
ns
γd
PCs
0.5333
λ80/λ5 14/12 45/37 42/36
ρ (g/cm3)
1.805wk.baidu.com 1.8052
1.8278 1.8278
有色玻璃： 基质玻璃，即为N-WG玻璃，吸收带在紫外，表现为无色透明，成分中 没有可见光范围的着色剂。 离子着色玻璃，成分中含有显色的重金属离子或稀土离子。 胶体着色玻璃，在熔体冷却成型之后是不显色的，经过热处理之后，会 显示不同的颜色。吸收光谱中存在一条非常陡峭的吸收边，且显色深浅 （吸收边的位置）与掺杂离子种类与浓度，热处理温度与时间密切相关。
12.4eV 10eV
Si-O反键
Na+ Na-O反键
8eV
6eV
非桥氧OSi-O成键
SiO2
Na-O成键
非桥氧ONa2O.2SiO2


红外：网络振动，阴阳离子的质量对 于红外特征吸收波长的影响、玻璃是 否含有碱金属氧化物（吸附水或其他 气体）
02 2 (
1 1 ) M m
紫外光学玻璃
例题1
以下哪组成分是氧化物玻璃的网络形成体：（ A. Li2O,Na2O,K2O,BaO; B. GeO2, P2O5, SiO2, B2O3; C. SiO2, PbO, B2O3, P2O5; D. B2O3, Al2O3, TiO2, Nb2O5 E. Al2O3, La2O3, K2O, MgO ）
线性折射率n0与ω1(1/λs)成反比，那么非线性折 射率n2(E)应与紫外本征频率ω21(1/λ2s)成反比。
哪些成分能够使光学玻璃的红外特征吸收波长移向长波方向：SiO2, Li2O, As2S3, ZrF4, B2O3, TeO2 导带
光学玻璃的吸收
紫外：电子跃迁，(玻璃结构的完整 性、非桥氧数目、碱金属氧化物数目 与种类、形成体类型等因素决定了玻 璃的紫外吸收波长）：SiO2石英玻璃 可见：过渡金属离子与稀土离子，铂 污染：过渡金属离子与稀土离子可见 光吸收特点。

氟化物晶体Lithotec-CaF2
：优秀的真空紫外材料
红外光学玻璃
三类红外光学玻璃： 硅酸盐（光学石英需要去除玻 璃中的OH-，大折射率高硅氧 玻璃，不含碱金属氧化物的硅 酸盐玻璃）
非硅酸盐玻璃（碲酸盐， ZBLAN氟化物玻璃）
非氧化物玻璃（硫硒碲化合物 玻璃Chalcogenide Glass ）
1.7961 1.7961
1.7814 1.7816
3.37 5.18
SF10,F2,BK7, SK11， FK5…哪种玻 璃的折射率最小
无色光学玻璃的阿贝图
*第一部分一般 标为“N-”、 “P-”、或缺失， 代表了玻璃是否 环保。 *牌号的第二部 分符号代表了玻 璃的类型： K,F,L,S,LL,SS, *光学玻璃的数 字代号：A B.C
外场作用下玻璃折射率的变化
折射率的温度系数：
n (n2 1)(n2 2) 1 d = ( 3 ) T 6n dT
与玻璃的紫外吸收波长有关 与玻璃的结构有关
光学非线性折射率
, n n 2 E n 2 I 2
2 n2 ( E ) 3 n0
三阶非线性极化率张量，在玻璃中 也存在，与玻璃的分子极化度有关， 与玻璃的线性折射率有关
光学玻璃的折射率和色散
折射率： nD: 钠D线（589.3nm） nd : 钠光谱d线（587.6nm） 阿贝（ abbe ）数 ( 平均色散系 数)：
以阿贝数等于50为限， 区分冕牌玻璃与火石玻璃
nD 1 D nF nc nx ny Pxy nF nC
部分色散，x,y可以是不同 的谱线波长。P.8 需要知道的谱线波长： F,C,D,d,i(365nm)
激光玻璃：稀土离子
激活离子一般是发光谱带窄，色纯度高，转换效率高，荧光寿命跨度大， 具有四能级（或三能级系统）的稀土元素或离子。 基质玻璃是具有优良光学性能、机械性能以及热性能的硅酸盐玻璃，硼酸 盐及硼硅酸盐玻璃，磷酸盐玻璃和氟磷酸盐玻璃。
Nd 3+离子的4F3/2→4I11/2的跃迁 ：1.064μm，室温
673323.286
光学玻璃的基本组成
冕牌K(crown): R2O-B2O3-SiO2(R代表碱金属)，硼硅酸盐与铝硅酸盐系统。 火石F(Flint): K2O-PbO-SiO2,因原料中含有氧化铅，所以称为火石玻璃（TiO2,Nb2O5) L,S分别代表折射率的低与高，最低折射率的玻璃 FK(含氟冕牌玻璃),最高折射率的玻璃 是含La的重火石、冕牌玻璃。
光学材料复习
光学玻璃：折射率与吸收，紫外与红外玻璃 光学晶体：晶体结构、张量、光学非线性 光学有机材料：有机电致发光
光学玻璃：光学玻璃的结构
需掌握玻璃的形成体、中间体与网络外体 能独立形成网络的玻璃生成体氧化物，单键强度大334.94kJ/mol [SiO4],[GeO4],[PO4],[BO3] 在一定条件能进入网络的中间体氧化物。 BeO,B2O3,Al2O3,TiO2,ZnO,MgO,Nb2O5 只能破裂网络的网络外体氧化物，单键强度小于251.21kJ/ mol、 Li2O, Na2O, K2O, CaO, SrO,BaO, In2O3, Y2O3, La2O3, ZrO2 光学玻璃的物理化学性能（折射率、色散、吸收系数、密度、机械性 能、化学稳定性、热膨胀系数）由玻璃的结构所决定
色码(color code) λ80/λ5的定义

i线玻璃（365nm）：氟冕，超轻火石与轻火石玻璃 （含氟，折射率较小）

光学石英Lithosil-Q ：控制石英中Fe3+的含量，无氢火焰、气相沉积，石 英在185-2500nm范围内都能保持高的透明性，既是优秀的透紫外材料，又 是很好的近红外材料