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抗辐射玻璃 是广义光学玻璃的一种。包括防辐射玻璃和耐辐射玻璃。 ①防辐射玻璃 主要是对 γ射线和X射线有较大吸收能力的玻璃。当γ射线或X射线进入防护玻璃时,由于玻璃内部产生光电效应、生成正负电子对,同时产生激发态和自由态电子,使射入的 γ射线或X射线能量减小,穿透力下降,起到了防护作用。
当防辐射玻璃的密度增加时,屏蔽能力也相应增加。防γ射线的玻璃的密度通常不小于4.5g/cm。近年来,已开始用密度为6.2~6.5g/cm的玻璃,常用的有ZF系列。
②耐辐射光学玻璃 主要指在γ射线作用下不易着色的光学玻璃。耐辐射光学玻璃牌号的命名,仍根据光学玻璃牌号,注明能耐辐射的伦琴数,例如,K509耐辐射光学玻璃的光学常数同K9,且能耐10伦琴剂量的γ射线。普通玻璃受高能射线辐射后产生自由电子,它与玻璃内部的缺位结合,形成色心。同时也可使原子核移位,破坏了正常的结构,也产生色心,使玻璃着色。
耐辐射光学玻璃中引入了CeO2,在高能γ射线辐照后,由于 式①,能俘获电子,不使玻璃内部产生色心,且因Ce和Ce的吸收带在紫外区。当CeO2含量过高时,在紫外、红外的吸收带延伸到可见光区,使可见光的蓝色区域吸收增加,导致玻璃呈黄色。同时,也会因玻璃中其他成分的影响而加深颜色,所以CeO2的含量不能太高,在K509中CeO2的含量约为0.4%~0.5%,在K709中CeO2约为1%。
按色散又分为两类:色散较小的为冕类(K),色散较大的为火石类(F)。
①冕类光学玻璃 分为氟冕(FK)、轻冕(QK)、磷冕(PK)、重磷冕 (ZPK)、冕(K)、重冕(ZK)、钡冕(BaK)、镧冕(LaK)、钛冕(TiK)和特冕(TK)等。
②火石类光学玻璃 分为轻火石(QF)、火石(F)、重火石(ZF)、钡火石(BaF)、重钡火石 (ZBaF)、镧火石(LaF)、重镧火石(ZLaF)、钛火石(TiF)、冕火石(KF)和特种火石(TF)等。它们在折射率nd与色散系数v的关系图像(见图)中分布在不同的领域。
对光学常数有特定要求,具有可见区高透过、无选择吸收着色等特点。按阿贝
对高能辐照有较大的吸收能力,有高铅玻璃和CaO-B2O2系统玻璃,前者可防止γ射线和X射线辐照,后者可吸收慢中子和热中子,主要用于核工业、医学领域等作为屏蔽和窥视窗口材料。
在一定的γ射线、X射线辐照下,可见区透过率变化较少,品种和牌号与无色光学玻璃相同,用于制造高能辐照下的光学仪器和窥视窗口。
又称滤光玻璃。对紫外、可见、红外区特定波长有选择吸收和透过性能,按光谱特性分为选择性吸收型、截止型和中性灰3类;按着色机理分为离子着色、金属胶体着色和硫硒化物着色3类,主要用于制造滤光器。
在紫外或红外波段具有特定的光学常数和高透过率,用作紫外、红外光学仪器或用作窗口材料。
以二氧化硅为主要成分,具有耐高温、膨胀系数低、机械强度高、化学性能好等 特点,用于制造对各种波段透过有特殊要求的棱镜、透镜、窗口和反射镜等。此外,还有用于大规模集成电路制造的光掩膜板、液晶显示器面板、影像光盘盘基薄板玻璃;光沿着磁力线方向通过玻璃时偏振面发生旋转的磁光玻璃;光按一定方向通过传输超声波的玻璃时,发生光的衍射、反射、汇聚或光频移的声光玻璃等。
用于制造光学仪器或机械系统的透镜、棱镜、反射镜、窗口等的玻璃材料。包括无色光学玻璃(通常简称光学玻璃)、有色光学玻璃、耐辐射光学玻璃、防辐射玻璃和光学石英玻璃等。
麻点可能因为是你280之前的那一号的研磨不够细,也就是时间不到,表面沙眼还在,肉眼觉得还好,但是你要用放大镜对着强光看,可能就不一样了。外圈道子,原因1你的抛光磨比较硬2你的磨的玻璃边上角太锋利,需要...
球墨铸铁材料做环状槽
optical glass
用于制造光学仪器或机械系统的透镜、棱镜、反射镜、窗口等的玻璃材料。包括无色光学玻璃(通常简称光学玻璃)、有色光学玻璃、耐辐射光学玻璃、防辐射玻璃和光学石英玻璃等。光学玻璃具有高度的透明性、化学及物理学(结构和性能)上的高度均匀性,具有特定和精确的光学常数。它可分为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氟化物和硫系化合物系列。品种繁多,主要按他们在折射率(nD)-阿贝值(VD)图中的位置来分类。传统上nD>1.60,VD>50和nD<1.60,VD>55的各类玻璃定为冕(K)玻璃,其余各类玻璃定为火石(F)玻璃。冕玻璃一般作凸透镜,火石玻璃作凹透镜。通常冕玻璃属于含碱硼硅酸盐体系,轻冕玻璃属于铝硅酸盐体系,重冕玻璃及钡火石玻璃属于无碱硼硅酸盐体系,绝大部分的火石玻璃属于铅钾硅酸盐体系。随着光学玻璃的应用领域不断拓宽,其品种在不断扩大,其组成中几乎包括周期表中的所有元素。
通过折射、反射、透过方式传递光线或通过吸收改变光的强度或光谱分布的一种无机玻璃态材料。具有稳定的光学性质和高度光学均匀性。
光学玻璃是光电技术产业的基础和重要组成部分。特别是在20世纪90年代以后,随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合,作为光电子基础材料的光学玻璃在光传输、光储存和光电显示三大领域的应用更是突飞猛进,成为社会信息化尤其是光电信息技术发展的基础条件之一。
《中国互联网+光学玻璃行业商业模式创新与投资机会深度研究报告》显示,随着国内经济持续、稳定发展,中国光学玻璃制造行业发展迅猛。根据国家统计局数据显示,2010年,光学玻璃制造行业规模以上企业数量达246家,行业全年实现销售收入为234.05亿元,同比增长53.70%;实现利润15.37亿元,同比增长87.10%;资产规模达到264.50亿元,同比增长77.49%。由于光学玻璃制造行业以国内销售为主,金融危机对其影响相对较小,行业依然表现出较好的增长势头。
以优质石英砂为主料。适当加入辅料。由于稀土具有高的折射率,低的色散和良好的化学稳定性,可生产光学玻璃,用于制造高级照相机、摄像机、望远镜等高级光学仪器的镜头。例如一种含氧化镧lao360%,氧化硼b2o340%的具有优良光学性质的镧玻璃,是制造高级照相机的镜头和潜望镜的镜头的不可缺少的光学材料。另外,利用一些稀土元素的防辐射特性,可生产防辐射玻璃。
生产光学玻璃的原料是一些氧化物、氢氧化物、硝酸盐和碳酸盐,并根据配方的要求,引入磷酸盐或氟化物。为了保证玻璃的透明度,必须严格控制着色杂质的含量,如铁、铬、铜、锰、钴、镍等。配料时要求准确称量、均匀混合。主要的生产过程是熔炼、成型、退火和检验。
①熔炼 有单坩埚间歇熔炼法和池窑(见窑)连续熔炼法。单坩埚熔炼法又可分为粘土坩埚熔炼法和铂坩埚熔炼法。不论采用何种熔炼方式均需用搅拌器搅拌,并严格控制温度和搅拌,使 玻璃液达到高度均匀。粘土坩埚能熔炼绝大部分冕玻璃和火石玻璃,成本低,且在玻璃的熔化温度超过铂的使用温度时采用。铂坩埚可熔炼质量较高、对粘土坩埚有严重侵蚀作用的玻璃,如重冕、重钡火石、稀土玻璃和氟磷玻璃。铂坩埚用电加热,一般采用硅碳棒或硅钼棒电炉。但制造析晶倾向大、要求迅速降温以及对气氛有一定要求的玻璃,则可采用高频加热。
60年代以来,各国相继采用内衬铂的连续池窑熔炼,使光学玻璃的产量大大提高,质量也好,这是目前光学玻璃生产工艺发展的主要趋势。
②成型 光学玻璃的成型法有古典破埚法、滚压法和浇注法,但目前越来越广泛地采用漏料成型(用单坩埚或连熔流出料液),能直接拉棒或滴料压型或漏料成型大尺寸的毛坯,提高料滴利用率和成品率。
③退火 为了最大限度地消除玻璃的内应力,提高光学均匀性,必须制定严格的退火制度,进行精密退火。
④检验 测定的指标有:光学常数、光学均匀度、应力双折射、条纹、气泡等。
光学玻璃和其它玻璃的不同之点在于它作为光学系统的一个组成部分,必须满足光学成象的要求。因此,光学玻璃质量的判定也包括某些特殊的和较严格的指标。对光学玻璃有以下要求:一、特定的光学常数以及同一批玻璃光学常数的一致性
每一品种光学玻璃对不同波长光线都有规定的标准折射率数值,作为光学设计者设计光学系统的依据。所以工厂生产的光学玻璃的光学常数必须在这些数值一定的容许偏差范围以内,否则将使实际的成象质量与设计时预期的结果不符而影响光学仪器的质量。同时由于同批仪器往往采用同批光学玻璃制造,为了便于仪器的统一校正,同批玻璃的折射率容许偏差要较它们与标准值的偏差更加严格。
二、高度的透明性
光学系统成象的亮度和玻璃透明度成比例关系。光学玻璃对某一波长光线的透明度以光吸收系数Kλ表示。光线通过一系列棱镜和透镜后,其能量部分损耗于光学零件的界面反射而另一部分为介质(玻璃)本身所吸收。前者随玻璃折射率的增加而增加,对高折射率玻璃此值甚大,如对重燧玻璃一个表面光反射损耗约6%左右。因此对于包含多片薄透镜的光学系统,提高透过率的主要途径在于减少透镜表面的反射损耗,如涂敷表面增透膜层等。而对于大尺寸的光学零件如天文望远镜的物镜等,由于其厚度较大,光学系统的透过率主要决定于玻璃本身的光吸收系数。通过提高玻璃原料的纯度以及在从配料到熔炼的整个过程中防止任何着色性杂质混入,一般可以使玻璃的光吸收系数小于0.01(即厚度为1厘米的玻璃对光透过率大于99%)。
一种利用化学气相热处理手段以及单片钠钙硅玻璃来改变其原来分子结构而不影响玻璃原有颜色及透光率,使其达到超硬度标准,在高温火焰冲击下以满足防火要求的超硬度防火玻璃及其制造方法、专用设备。它是由下述重量配比的组份制成:钾盐蒸气(72%~83%)、氩气(7%~10%)、气态氯化铜(8%~12%)、氮气(2%~6%)。它包含以下工艺流程:以钠钙硅玻璃为基片进行切割,精磨边的冷加工→对冷加工后的钠钙硅玻璃进行化学气相热处理→将钠钙硅玻璃表面进行镀防火保护膜的处理→将钠钙硅玻璃表面进行特种物理钢化处理。由缸体及其与之相套合的缸盖、与缸盖一体连接的反应釜构成专用热分解气化设备。
光学玻璃的发展和光学仪器的发展是密不可分的。光学系统新的改革往往向光学玻璃提出新的要求,因而推动了光学玻璃的发展,同样,新品种玻璃的试制成功也也往往反过来促进了光学仪器的发展。
最早被人们用来制作光学零件的光学材料是天然晶体,据称古代亚西利亚用水晶作透镜,而在古代中国则应用天然电气石(茶镜)和黄水晶。考古家证明公元三千年前在埃及和我们(战国时代)人们已能制造玻璃。但是玻璃作为眼镜和镜子还是十三世纪在威尼斯开始的。恩格斯在"自然辨证法"中对此曾给予很高的评价,认为这是当时的卓越发明之一。此后由于天文学家与航海学的发展需要,伽利略、牛顿、笛卡儿等也用玻璃制造了望远镜和显微镜。从十六世纪开始玻璃已成为制造光学零件的主要材料了。
到了十七世纪,光学系统的消色差成为光学仪器的中心问题。这时由于改进了玻璃成分,在玻璃中引入了氧化铅,赫尔才于1729年获得第一对消色差透镜,从此,光学玻璃就被分为冕牌和燧石玻璃两个大类。
1768年纪南在法国首先用粘土棒搅拌的方法制得了均匀的光学玻璃,从而开始建立了独立的光学玻璃制造工业。在十九世纪中叶,几个发达的资本主义国家都先后建立了自己的光学玻璃工厂,如法国帕腊-芒图公司(1872年)、英国钱斯公司(1848)、德国萧特公司(1848)等。
十九世纪光学仪器有很大发展。第一次世界大战前夕,德国为了迅速发展军用光学仪器,要求打破光学玻璃品种贫乏的限制。这时,著名物理学家阿员参加了萧特厂的工作。他在玻璃中加入了新的氧化物如BaO,B2O3,ZnO,P2O3等,并且研究了它他对玻璃光学常数的影响。在这基础上,发展了钡冕、硼冕、锌冕等类型玻璃,同时也开始试制了特殊相对部分色散的燧石玻璃。在这时期内,光学玻璃品种有了很大的扩展,因而在光学仪器方面出现了较完整的照相机及显微镜物镜。
直至二十世纪三十年代以前,大部分工作仍在萧特厂基础上进行。到1934年获得了一系列重冤玻璃,如德国号SK-16(620/603)及SK-18(639/555)等。到此为止,可以认为是光学玻璃发展的一个阶段。
二次世界大战前后,随着各种光学仪器如航空摄影,紫外与红外光谱仪器、高级照相物镜等的发展,对光学玻璃又产生了新的需要。这时,光学玻璃也就相应地有了新的发展。1942年,美国摩莱(Morey)及以后苏联与德国的科学工作者都相继把稀士及稀散氧化物引入玻璃中,因而扩大了玻璃品种,得到了一系列高折射率低色散的光学玻璃,如德国LaK,LaF,苏联CTK及ТЬФ等品种系列。与此同时,也进行了低折射率大色散玻璃的研究并得到一系列氟钛硅酸盐系统的光学玻璃,如苏联ЛФ-9,ЛФ-12,德国F-16等品种。
由于各种新品种光学玻璃在加工或使用性能上或多或少地存在着缺陷,因此在研究扩展光学玻璃领域的同时,还针对改善各种新品种光学玻璃的物理和物理化学性质。以及生产工艺进行了许多工作。
综观以上历史发展的过程,可以预言今后光学玻璃的发展方向是:
①制得特别高折射率的玻璃;
②制得特殊相对部分色散的玻璃;
③发展红外及紫外光学玻璃;
④取代玻璃中某些不良的成分如放射性的THO2,有毒的BcO,Sb2O3等;
⑤提高玻璃的化学稳定性;
⑥提高玻璃透明度和防止玻璃辐射着色;
⑦改进工艺过程,降低新品种玻璃价格。
三十年代出现了新的稀土元素光学玻璃,主要成分是镧、钍、钽的氧化物。稀土元素光学玻璃有很高的折射率,为光学镜头的设计开辟新的可能性。今日大孔径镜头中多有镧玻璃。钍玻璃因有放射性,已停止生产。 无铅光学玻璃
无铅光学玻璃不含铅、砷,以N标志。
化学成分和光学性质相近的玻璃,在阿贝图上也分布在相邻的位置。阿贝图有一组直线和曲线,将阿贝图分成许多区,将光学玻璃分类;列如冕牌玻璃K5、K7、K10在K区,燧石玻璃F2、F4、F5在F区。玻璃名称中的符号:
F 代表燧石
K 代表冕牌
B 代表硼
BA 代表钡
LA 代表镧
N 代表无铅
P 代表磷
光学玻璃的物理参数
Vd阿贝数 四位有效数字
nd折射率 七位有效数字
Ve 四位有效数字
ne 七位有效数字
玻璃的密度. 四位有效数字
玻璃的透明度.四位有效数字
折射率随着温度变化的系数 三位有效数字
国际玻璃码
国际玻璃码用九位数字表示,形式为:xxxxxx.xxx;
头三位数字代表折射率nd小数点后头三位数。
下三位数字代表阿贝数Vd头三位数,不计小数点。
小数点后的三位数代表玻璃的密度,不计小数点
例如K10玻璃
nd=1.50137 小数点后头三位数=501
Vd=56.41 头三位数,不计小数点=564
密度=2.52;不计小数点=252
K10 的国际玻璃码是5015642.52
光学玻璃
什么是光学玻璃玻璃有哪些分类光学玻璃有什么特性 2007-11-17 23:55 光学玻璃都是软的吗 光学玻璃分为 有色光学玻璃 和无色光学玻璃 两大类。 有色光学玻璃分为 磷酸盐玻璃 、硅酸盐玻璃 。采用硒镉着色、离子着色的中性(暗 色)玻璃离子着色的选择性吸收玻璃。 光学玻璃 optical glass 通过折射、反射、透过方式传递光线或通过吸收改变光的强度或光谱分布的一种 无机玻璃态材料。 具有稳定的光学性质和高度光学均匀性。 按光学特性分为: ① 无色光学玻璃 。对光学常数有特定要求, 具有可见区高透过、 无选择吸收着色等 特点。按阿贝数大小分为冕类和火石类玻璃,各类又按折射率高低分为若干种, 并按折射率大小依次排列。多用作望远镜、显微镜、照相机等的透镜、棱镜、反 射镜等。② 防辐照光学玻璃 。对高能辐照有较大的吸收能力,有高铅玻璃和 CaO-B2O2系统玻璃,前者可防止 γ射线
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定义
能改变光的传播方向,并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的玻璃。狭义的光学玻璃是指无色光学玻璃;广义的光学玻璃还包括有色光学玻璃、激光玻璃、石英光学玻璃、抗辐射玻璃、紫外红外光学玻璃、纤维光学玻璃、声光玻璃、磁光玻璃和光变色玻璃。光学玻璃可用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜及窗口等。由光学玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件。
分类
无色光学玻璃
对光学常数有特定要求,具有可见区高透过、无选择吸收着色等特点。按阿贝数大小分为冕类和火石类玻璃,各类又按折射率高低分为若干种,并按折射率大小依次排列。多用作望远镜、显微镜、照相机等的透镜、棱镜、反射镜等。
防辐照光学玻璃
对高能辐照有较大的吸收能力,有高铅玻璃和CaO-B2O2系统玻璃,前者可防止γ射线和X射线辐照,后者可吸收慢中子和热中子,主要用于核工业、医学领域等作为屏蔽和窥视窗口材料。
耐辐照光学玻璃
在一定的γ射线、X射线辐照下,可见区透过率变化较少,品种和牌号与无色光学玻璃相同,用于制造高能辐照下的光学仪器和窥视窗口。
有色光学玻璃
又称滤光玻璃。对紫外、可见、红外区特定波长有选择吸收和透过性能,按光谱特性分为选择性吸收型、截止型和中性灰3类;按着色机理分为离子着色、金属胶体着色和硫硒化物着色3类,主要用于制造滤光器。
紫外和红外光学玻璃
在紫外或红外波段具有特定的光学常数和高透过率,用作紫外、红外光学仪器或用作窗口材料。
光学石英玻璃
以二氧化硅为主要成分,具有耐高温、膨胀系数低、机械强度高、化学性能好等特点,用于制造对各种波段透过有特殊要求的棱镜、透镜、窗口和反射镜等。此外,还有用于大规模集成电路制造的光掩膜板、液晶显示器面板、影像光盘盘基薄板玻璃;光沿着磁力线方向通过玻璃时偏振面发生旋转的磁光玻璃;光按一定方向通过传输超声波的玻璃时,发生光的衍射、反射、汇聚或光频移的声光玻璃等。
光学玻璃冷加工技术及质量要求
光学玻璃和其它玻璃的不同之点在于它作为光学系统的一个组成部分,必须满足光学成象的要求。
其冷加工技术是利用化学气相热处理手段以及单片钠钙硅玻璃来改变其原来分子结构而不影响玻璃原有颜色及透光率,使其达到超硬度标准,在高温火焰冲击下以满足防火要求的超硬度防火玻璃及其制造方法、专用设备。它是由下述重量配比的组份制成:钾盐蒸气(72%~83%)、氩气(7%~10%)、气态氯化铜(8%~12%)、氮气(2%~6%)。
它包含以下工艺流程:以钠钙硅玻璃为基片进行切割,精磨边的冷加工→对冷加工后的钠钙硅玻璃进行化学气相热处理→将钠钙硅玻璃表面进行镀防火保护膜的处理→将钠钙硅玻璃表面进行特种物理钢化处理。由缸体及其与之相套合的缸盖、与缸盖一体连接的反应釜构成专用热分解气化设备。
对光学玻璃质量有以下要求:
一、特定的光学常数以及同一批玻璃光学常数的一致性
每一品种光学玻璃对不同波长光线都有规定的标准折射率数值,作为光学设计者设计光学系统的依据。所以工厂生产的光学玻璃的光学常数必须在这些数值一定的容许偏差范围以内,否则将使实际的成象质量与设计时预期的结果不符而影响光学仪器的质量。同时由于同批仪器往往采用同批光学玻璃制造,为了便于仪器的统一校正,同批玻璃的折射率容许偏差要较它们与标准值的偏差更加严格。
二、高度的透明性
光学系统成象的亮度和玻璃透明度成比例关系。光学玻璃对某一波长光线的透明度以光吸收系数Kλ表示。光线通过一系列棱镜和透镜后,其能量部分损耗于光学零件的界面反射而另一部分为介质(玻璃)本身所吸收。前者随玻璃折射率的增加而增加,对高折射率玻璃此值甚大,如对重燧玻璃一个表面光反射损耗约6%左右。
因此对于包含多片薄透镜的光学系统,提高透过率的主要途径在于减少透镜表面的反射损耗,如涂敷表面增透膜层等。而对于大尺寸的光学零件如天文望远镜的物镜等,由于其厚度较大,光学系统的透过率主要决定于玻璃本身的光吸收系数。通过提高玻璃原料的纯度以及在从配料到熔炼的整个过程中防止任何着色性杂质混入,一般可以使玻璃的光吸收系数小于0.01(即厚度为1厘米的玻璃对光透过率大于99%)。
三非线性光学玻璃
非线性光学玻璃由于与现有的光纤系统具有相容性和较快的响应速度,因而引起人们的极大兴趣。目前的研究工作集中于各种不同的玻璃系统,利用不同的非线性机制来提高非线性性能。由于光频随材料中电子的转移或跃迁会表现出共振和非共振两种情况,故三阶非线性光学玻璃材料也可分为共振型和非共振型两类。
1非共振型
虽然均质玻璃的值较低,但由于其具有较小的吸收系数和较短的响应时间而使其品质因数较高而格外引人注目。其中为非线性折射率,为响应时间或1皮秒(取其长者),是线性吸收系数。
在所有均质玻璃中,都或多或少存在三阶非线性光学效应。通常具有高密度﹑高线性折射率的玻璃具有较高的非线性极化率。要获得高密度﹑高折射率玻璃的方法是向玻璃中添加具有高折射度的调整体或引入易极化的重金属氧化物,如PbO﹑Bi2O3﹑Nb2O3﹑TeO2、R2O3(R=La,Pr,Nd,Sm)等,或引入重金属卤化物,如KX(X=Cl,Br,I)、PbCl2等。硫系玻璃通常具有相对较大的三阶非线性极化率,最大值As-S-Se为1.4×10-11esu,差不多是SiO2玻璃的500倍。
然而由于硫系玻璃的本征吸收最小值位于4~6mm,在1.06mm波长测得的有相当部分属于共振吸收分量,且通讯领域主要使用1.31和1.55mm两个窗口作为通信通道,而使其全光开关应用受到限制。但最近研究表明,重金属卤化物的引入会使硫系玻璃透射区同时向长波和短波方向扩展,如GeS2-Ga2S3-KX(X=Cl,Br)系光透过范围在0.45~11.5mm之间,且透过率高达80%以上(4mm样品),由于重金属卤化物具有大的极化率,硫系玻璃引入卤化物会增加玻璃结构的堆积密度,从而使玻璃具有很好的三阶非线性光学性能,而使新型硫卤玻璃成为全光开关的最佳候选材料之一。
另外在氧化物玻璃中,Bi2O3基玻璃和碲酸盐玻璃的三阶非线性极化率较高,由于其本征吸收最小值靠近通信信道波长,也被认为是全光开关的最佳候选材料之一。
为了在长的作用范围保持高功率密度,波导结构予以考虑,光波导结构以低维形状(纤维或薄膜)出现,并使集成化而将成为全光开关、光放大器等光子器件的物质基础。据报道,日本科学家Asobe等人在1.5mm波长处已实现了100GHZ信号处理的响应时间小于5皮秒的As2S3单模光纤应用于光学克尔开关,光纤长度约1m。
一个最常见的利用硫系玻璃光纤的光学转换开关是非线性光学迴路镜,它是利用改变非线性光学折射率的原理来产生两个光波间的干涉,能很好的减小全光开关的转换功率。为了更好的减小开关功率损耗,应用啁啾光栅作为群速度色散补偿技术一直是科学家们努力的方向。
然而在未来光信号的高比特率处理﹑大规模光路的集成化等发展趋势上,光纤仍有诸多不足之处。许多科学家也在努力探索用半导体制成的以微小集成电路块为基础的器件来取代非线性光学迴路镜中的长光纤部分,但其主要缺陷是响应速度不是很快。
另外对一些低值的玻璃,如氟化物玻璃,其在非线性应用方面(如激光玻璃)颇有吸引力。在高能激光系统中,强光束通过介质传播引起折射率变化,产生光束自聚焦(<0)或自散焦(>0),在这种情况下要求介质具有小的值。
2共振型
在玻璃中掺入某些光电性能较佳的物质能显著提高非线性光学效应,这些掺杂体常用半导体微晶、金属颗粒及有机物等,而玻璃作为掺杂体的色散介质使用。
近年来,当半导体多量子阱和超晶格出现后,半导体及金属颗粒掺杂玻璃的研究成为热点。这种玻璃也叫量子点玻璃,通常掺杂颗粒尺寸小于10nm,表现出共振增强的三阶非线性光学效应,响应时间约为10-11s,同时由于它们与波导制备技术相容而被拉成光纤,因此受到重视。
其产生机制可归因为纳米粒子的量子尺寸效应,即介质因光吸收产生电子-空穴,独立的或以激子的形式封闭在颗粒的狭小空间中,电子态呈现量子化分布,从而引起颗粒周围场强的增加和非线性光学效应的提高。1983年,Jain和Lind首先研究了掺杂CdSxSe1-x半导体微晶玻璃的非线性光学性能,发现这类玻璃表现出共振增强的三阶光学非线性,可通过调节S和Se的比例控制介质的禁带宽度,广泛应用于截止滤光片中。
除CdSxSe1-x外,含CdS、CdSe、CdTe、CuCl、CuBr、PbS等半导体及掺Au、Ag、Cu等金属颗粒的玻璃也表现出量子尺寸效应。通常颗粒尺寸越小,非线性效应越大。如果要获得较小的颗粒尺寸和较高的颗粒浓度,常采用溶胶-凝胶法制备。
对有机物掺杂玻璃的研究也已成为热点,虽然有机物本身也可表现出很高的共振非线性性能和超快响应时间,但其难以制成要求的形状,且存在稳定性和重复性差、工作温度低、寿命短等缺点,大大限制了使用范围。显然,其缺点可通过将有机物结合到具有较强机械强度及较高化学稳定性的无机材料(如玻璃)中加以克服,使有机活性组分的性能得到充分发挥。
其制备也可用sol-gel法,通常有两种方法可将有机物掺入到玻璃中:(1)将有机物溶解到溶胶-凝胶溶液中,当凝胶形成时,有机分子被玻璃骨架捕获,从而获得最好的稳定性;(2)将有机物分散到多孔凝胶中,经干燥和热处理获得有机-无机复合材料。但其共同缺点是难以实现光均匀复合。
为了制得光学性能均匀的复合材料,钱国栋等人采用新型的原位合成化学复合法,实现了有机物和无机物的有效复合。另外,有机改性硅酸盐也可作为CdS微晶的框架,形成含微晶体、有机物及无机物的多组分复合非线性材料。
发展
光学玻璃的发展和光学仪器的发展是密不可分的。光学系统新的改革往往向光学玻璃提出新的要求,因而推动了光学玻璃的发展,同样,新品种玻璃的试制成功也也往往反过来促进了光学仪器的发展。
最早被人们用来制作光学零件的光学材料是天然晶体,据称古代亚西利亚用水晶作透镜,而在古代中国则应用天然电气石(茶镜)和黄水晶。考古家证明公元三千年前在埃及和我们(战国时代)人们已能制造玻璃。但是玻璃作为眼镜和镜子还是十三世纪在威尼斯开始的。
恩格斯在“自然辨证法”中对此曾给予很高的评价,认为这是当时的卓越发明之一。此后由于天文学家与航海学的发展需要,伽利略、牛顿、笛卡儿等也用玻璃制造了望远镜和显微镜。从十六世纪开始玻璃已成为制造光学零件的主要材料了。
到了十七世纪,光学系统的消色差成为光学仪器的中心问题。这时由于改进了玻璃成分,在玻璃中引入了氧化铅,赫尔才于1729年获得第一对消色差透镜,从此,光学玻璃就被分为冕牌和燧石玻璃两个大类。
1768年纪南在法国首先用粘土棒搅拌的方法制得了均匀的光学玻璃,从而开始建立了独立的光学玻璃制造工业。在十九世纪中叶,几个发达的资本主义国家都先后建立了自己的光学玻璃工厂,如法国帕腊-芒图公司(1872年)、英国钱斯公司(1848)、德国萧特公司(1848)等。
十九世纪光学仪器有很大发展。第一次世界大战前夕,德国为了迅速发展军用光学仪器,要求打破光学玻璃品种贫乏的限制。这时,著名物理学家阿员参加了萧特厂的工作。他在玻璃中加入了新的氧化物如BaO,B2O3,ZnO,P2O3等,并且研究了它他对玻璃光学常数的影响。
在这基础上,发展了钡冕、硼冕、锌冕等类型玻璃,同时也开始试制了特殊相对部分色散的燧石玻璃。在这时期内,光学玻璃品种有了很大的扩展,因而在光学仪器方面出现了较完整的照相机及显微镜物镜。
直至二十世纪三十年代以前,大部分工作仍在萧特厂基础上进行。到1934年获得了一系列重冤玻璃,如德国号SK-16(620/603)及SK-18(639/555)等。到此为止,可以认为是光学玻璃发展的一个阶段。
二次世界大战前后,随着各种光学仪器如航空摄影,紫外与红外光谱仪器、高级照相物镜等的发展,对光学玻璃又产生了新的需要。这时,光学玻璃也就相应地有了新的发展。
1942年,美国摩莱(Morey)及以后苏联与德国的科学工作者都相继把稀士及稀散氧化物引入玻璃中,因而扩大了玻璃品种,得到了一系列高折射率低色散的光学玻璃,如德国LaK,LaF,苏联CTK及ТЬФ等品种系列。与此同时,也进行了低折射率大色散玻璃的研究并得到一系列氟钛硅酸盐系统的光学玻璃,如苏联ЛФ-9,ЛФ-12,德国F-16等品种。
由于各种新品种光学玻璃在加工或使用性能上或多或少地存在着缺陷,因此在研究扩展光学玻璃领域的同时,还针对改善各种新品种光学玻璃的物理和物理化学性质。以及生产工艺进行了许多工作。
综观以上历史发展的过程,可以预言今后光学玻璃的发展方向是:
①制得特别高折射率的玻璃;
②制得特殊相对部分色散的玻璃;
③发展红外及紫外光学玻璃;
④取代玻璃中某些不良的成分如放射性的THO2,有毒的BcO,Sb2O3等;
⑤提高玻璃的化学稳定性;
⑥提高玻璃透明度和防止玻璃辐射着色;
⑦改进工艺过程,降低新品种玻璃价格。
全书共有三编,分为上中下三册.上册(即第一编)讨论光学玻璃的物理化学基础,包括玻璃结构、玻璃生成、玻璃性质以及计算方法等.中册(即第二编)介绍光学玻璃品种的发展和不同光学玻璃系统的特点.下册(即第三编)就光学玻璃生产过程的不同阶段分别叙述其基本原理.
书中有关材料,除部分取自国外已发表的文献资料外,主要是我国自1953年以来光学玻璃研究工作和产品试制等经验和成果的积累.
本书可供从事光学玻璃或一般玻璃的科学技术工作者参考,也可作为高等学校玻璃和光学玻璃专业的教学辅助材料.
2018年6月7日,《红外光学玻璃》发布。
2019年5月1日,《红外光学玻璃》实施。