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鏡片

光學(xué)玻璃原理及發(fā)展概況(一)

星之球激光 來源:電子工程世界2012-06-12 我要評論(0 )   

光學(xué)玻璃 為能改變光的傳播方向,并能改變紫外、可見或 紅外 光的相對 光譜 分布的玻璃。狹義的光學(xué)玻璃是指無色光學(xué)玻璃;廣義的光學(xué)玻璃還包括有色光學(xué)玻璃、 激光 玻...

     光學(xué)玻璃為能改變光的傳播方向,并能改變紫外、可見或紅外光的相對光譜分布的玻璃。狹義的光學(xué)玻璃是指無色光學(xué)玻璃;廣義的光學(xué)玻璃還包括有色光學(xué)玻璃、激光玻璃、石英光學(xué)玻璃、抗輻射玻璃、紫外紅外光學(xué)玻璃、纖維光學(xué)玻璃、聲光玻璃、磁光玻璃和光變色玻璃。光學(xué)玻璃可用于制造光學(xué)儀器中的透鏡、棱鏡、反射鏡及窗口等。由光學(xué)玻璃構(gòu)成的部件是光學(xué)儀器中的關(guān)鍵性元件。

  用于制造光學(xué)儀器或機械系統(tǒng)的透鏡、棱鏡、反射鏡、窗口等的玻璃材料。包括無色光學(xué)玻璃(通常簡稱光學(xué)玻璃)、有色光學(xué)玻璃、耐輻射光學(xué)玻璃、防輻射玻璃和光學(xué)石英玻璃等。光學(xué)玻璃具有高度的透明性、化學(xué)及物理學(xué)(結(jié)構(gòu)和性能)上的高度均勻性,具有特定和精確的光學(xué)常數(shù)。它可分為硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、氟化物和硫系化合物系列。品種繁多,主要按他們在折射率(nD)-阿貝值(VD)圖中的位置來分類。傳統(tǒng)上nD>1.60,VD>50和nD<1.60,VD>55的各類玻璃定為冕(K)玻璃,其余各類玻璃定為火石(F)玻璃。冕玻璃一般作凸透鏡,火石玻璃作凹透鏡。通常冕玻璃屬于含堿硼硅酸鹽體系,輕冕玻璃屬于鋁硅酸鹽體系,重冕玻璃及鋇火石玻璃屬于無堿硼硅酸鹽體系,絕大部分的火石玻璃屬于鉛鉀硅酸鹽體系。隨著光學(xué)玻璃的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,其品種在不斷擴大,其組成中幾乎包括周期表中的所有元素。

  通過折射、反射、透過方式傳遞光線或通過吸收改變光的強度或光譜分布的一種無機玻璃態(tài)材料。具有穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì)和高度光學(xué)均勻性。

  光學(xué)玻璃的發(fā)展

  光學(xué)玻璃的發(fā)展和光學(xué)儀器的發(fā)展是密不可分的。光學(xué)系統(tǒng)新的改革往往向光學(xué)玻璃提出新的要求,因而推動了光學(xué)玻璃的發(fā)展,同樣,新品種玻璃的試制成功也也往往反過來促進(jìn)了光學(xué)儀器的發(fā)展。

  最早被人們用來制作光學(xué)零件的光學(xué)材料是天然晶體,據(jù)稱古代亞西利亞用水晶作透鏡,而在古代中國則應(yīng)用天然電氣石(茶鏡)和黃水晶??脊偶易C明公元三千年前在埃及和我們(戰(zhàn)國時代)人們已能制造玻璃。但是玻璃作為眼鏡和鏡子還是十三世紀(jì)在威尼斯開始的。恩格斯在“自然辨證法”中對此曾給予很高的評價,認(rèn)為這是當(dāng)時的卓越發(fā)明之一。此后由于天文學(xué)家與航海學(xué)的發(fā)展需要,伽利略、牛頓、笛卡兒等也用玻璃制造了望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡。從十六世紀(jì)開始玻璃已成為制造光學(xué)零件的主要材料了。

       到了十七世紀(jì),光學(xué)系統(tǒng)的消色差成為光學(xué)儀器的中心問題。這時由于改進(jìn)了玻璃成分,在玻璃中引入了氧化鉛,赫爾才于1729年獲得第一對消色差透鏡,從此,光學(xué)玻璃就被分為冕牌和燧石玻璃兩個大類。

  1768年紀(jì)南在法國首先用粘土棒攪拌的方法制得了均勻的光學(xué)玻璃,從而開始建立了獨立的光學(xué)玻璃制造工業(yè)。在十九世紀(jì)中葉,幾個發(fā)達(dá)的資本主義國家都先后建立了自己的光學(xué)玻璃工廠,如法國帕臘-芒圖公司(1872年)、英國錢斯公司(1848)、德國蕭特公司(1848)等。

  十九世紀(jì)光學(xué)儀器有很大發(fā)展。第一次世界大戰(zhàn)前夕,德國為了迅速發(fā)展軍用光學(xué)儀器,要求打破光學(xué)玻璃品種貧乏的限制。這時,著名物理學(xué)家阿員參加了蕭特廠的工作。他在玻璃中加入了新的氧化物如BaO,B2O3,ZnO,P2O3等,并且研究了它他對玻璃光學(xué)常數(shù)的影響。在這基礎(chǔ)上,發(fā)展了鋇冕、硼冕、鋅冕等類型玻璃,同時也開始試制了特殊相對部分色散的燧石玻璃。在這時期內(nèi),光學(xué)玻璃品種有了很大的擴展,因而在光學(xué)儀器方面出現(xiàn)了較完整的照相機及顯微鏡物鏡。

  直至二十世紀(jì)三十年代以前,大部分工作仍在蕭特廠基礎(chǔ)上進(jìn)行。到1934年獲得了一系列重冤玻璃,如德國號SK-16(620/603)及SK-18(639/555)等。到此為止,可以認(rèn)為是光學(xué)玻璃發(fā)展的一個階段。

  二次世界大戰(zhàn)前后,隨著各種光學(xué)儀器如航空攝影,紫外與紅外光譜儀器、高級照相物鏡等的發(fā)展,對光學(xué)玻璃又產(chǎn)生了新的需要。這時,光學(xué)玻璃也就相應(yīng)地有了新的發(fā)展。1942年,美國摩萊(Morey)及以后蘇聯(lián)與德國的科學(xué)工作者都相繼把稀士及稀散氧化物引入玻璃中,因而擴大了玻璃品種,得到了一系列高折射率低色散的光學(xué)玻璃,如德國LaK,LaF,蘇聯(lián)CTK及ТЬФ等品種系列。與此同時,也進(jìn)行了低折射率大色散玻璃的研究并得到一系列氟鈦硅酸鹽系統(tǒng)的光學(xué)玻璃,如蘇聯(lián)ЛФ-9,ЛФ-12,德國F-16等品種。

  由于各種新品種光學(xué)玻璃在加工或使用性能上或多或少地存在著缺陷,因此在研究擴展光學(xué)玻璃領(lǐng)域的同時,還針對改善各種新品種光學(xué)玻璃的物理和物理化學(xué)性質(zhì)。以及生產(chǎn)工藝進(jìn)行了許多工作。

 

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