光学玻璃

光学玻璃是制造光学镜头、光学仪器的主要材料。光学玻璃必须有高度精确的折射率、阿贝数和高透明度、高均匀度。

最初用于制造镜头的玻璃,就是普通窗户玻璃或酒瓶上的疙瘩,形状类似“冠”,皇冠玻璃或冕牌玻璃的名称由此而来。那时候的玻璃极不均匀,多泡沫。除了冕牌玻璃外还有另一种含铅量较多的燧石玻璃。 1790年左右法国人皮而·路易·均纳德发现搅拌玻璃酱可以制造质地均匀的玻璃。 1884年蔡司公司的恩斯特·阿贝和奥托·肖特在德国耶拿市创建肖特玻璃厂(Schott Glaswerke AG ),在几年内研制了几十种光学玻璃,其中以高折射率的钡质冕牌玻璃的发明为肖特玻璃厂的重要成就之一。

光学玻璃的成分:

光学玻璃是用高纯度硅、硼、钠、钾、锌、铅、镁、钙、钡等的氧化物按特定配方混合,在白金坩埚中高温融化,用超声波搅拌均匀,去气泡;然后经長时间缓慢地降温,以免玻璃块产生内应力。冷却后的玻璃块,必须经过光学仪器测量,检验纯度、透明度、均匀度、折射率和色散率是否合规格。合格的玻璃块经过加热锻压,成光学透镜毛胚。

特种光学玻璃:

1. 稀土元素光学玻璃
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。

2. 无铅光学玻璃
无铅光学玻璃不含铅、砷,以N标志。

光学玻璃分类:

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。肖特玻璃厂的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501564.252

阿贝数:

阿贝数是德国物理学家恩斯特·阿贝发明的物理学数,也称”V-数”,用来衡量介质的光线色散程度.

光线色散程度越大阿贝数越小,反之光线色散程度越小阿贝数越大。光学玻璃的两个重要参数是折射率和阿贝数。肖特玻璃目录中光学玻璃的阿贝数界于20-90之间。

冕牌玻璃和燧石玻璃的分界:
折射率≤1.6
V≥50:冕牌玻璃
V<50:燧石玻璃

折射率<1.6
V≥55:冕牌玻璃
V<55:燧石玻璃

阿贝图:

阿贝图是德国物理学家恩斯特·阿贝在1886年发明的玻璃坐标图。
阿贝图是直角物理坐标图,以玻璃的阿贝数V为横轴(X轴),以玻璃的折射率n为纵轴(Y轴)。
V轴和n轴的交点不是零点,V数在V轴上从左到右从大到小排列,从V=100到V=18;折射率n从下到上从小到大排列,从1.42 到2.2。
每一种光学玻璃在阿贝图上以一个点标志,没有标志的点,没有符合坐标的玻璃。 性质相近的玻璃,在阿贝图上也分佈在相邻的位置。
肖特玻璃厂的阿贝图有一组直线和曲线,将阿贝图分成许多区;列如冕牌玻璃K5、K7、K10在K区,燧石玻璃F2、F4、F5在F区。
一种光学玻璃在阿贝图上的V,n坐标,只是约数。光学玻璃的阿贝数V必须准确到四位有效数字,折射率n必须准确到六位有效数字,必须另从光学玻璃目录中查找。

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