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光学特种玻璃|特高折射率光学玻璃

发布时间:2016/5/19

特种光学玻璃

为了消除光学系统的高级球差以及扩大其视场与孔径角,要求扩大玻璃折射率与色散系 数的变化范围。而为了消除二很光谱,又要求具有特殊相对部分色散的玻璃品种。可将特种 光学玻璃按光学系统设计的不同要求,分为以下三个方面:①为扩大折射率差值而发展的超 高折射率和特低折射率玻璃;②为扩大阿贝数差值而发展的高折射率、低色散与低折射率、 高色散玻璃;③为消除二级光谱而发展的特殊相对部分色散光学玻璃。

特高折射率光学玻璃

特高折射率玻璃主要指折射率在1.9以上的重火石玻璃。它在一些光学玻璃目录中单独 成为一个品种,也称为超重火石或特重火石玻璃。从各氧化物在玻璃中的部分性质可知,为了提高%及外一 TZc,除了必要的玻璃生成体氧化物外,加入玻璃中的主要氧化物为PbO、B203、Ti02及Ta25等。

PbO是重火石玻璃的主要组成,图14-5表示二元系统 Pb0-Si02、PbO-B2 03、PbO-P2 Os 玻璃中随 PbO 含量的 增加折射率的变化。从图14-5中可以看出,制造高折射率 玻璃较适宜的玻璃生成体氧化物为B203与Si〇2。相当于 PbO • Si〇2、PbO • B2O3及Pb〇• P2O5化学组成玻璃的光学常数

在已知的玻璃成分中,更有实际意义的当推PbO-Bi23-Si02与Pb0-Bi203-B203等三元系统。今冈稔测TPbO-Bi203-B2O3系统玻璃密度与光学常数。

实际上已定型的高折射率玻璃如前苏联CTAl (〃D = 2.0361, y=18. 1),德国 SFS-1 (nD = l. 9229, t;=20.9)等,其成分皆以大量的PbO为主体,少量的Si〇2及氏03作为玻璃生成体,同时加人一定 量的Ti〇2及Bi23。为了改善玻璃物化性能,有时也添加少量的二价氧化物如BaO、ZnO、 CdO等。表14-16综合了高折射率玻璃成分的某些专利报道。

关于碲酸盐玻璃二元及三元系统玻璃的生成范围、玻璃结构进行了大量的研究,讨论了碲酸盐玻璃的结构及玻璃形成规律。Te02本身不形成玻璃,加入其他氧化物后,却 能在很广的成分范围内形成玻璃。从研究具体高折射率玻璃而言,有意义的氧化物是 BaO、PbO、Bi203、W03, Ta25、Nb205等。W03在碲酸盐玻璃中具有特殊的作用,不少研究者认为W03在碲酸盐玻璃中不是网络外体,Te02-W03系统本身的生成玻璃范 围很广[TeC)2含量为65%〜94%(摩尔分数)],在Rw0„-W03-Te02三元系统中,W()3 能扩大生成玻璃范围。其他具有较广的生成玻璃范围的氧化物是碱金属氧化物、氧化锌 及氧化铊。

在三元系统性质研究的基础上,曾出现了一些碲酸盐玻璃产品,如用于声光偏转的碲酸 盐玻璃 AOT5,nD = 2. 102, u= 18. 0; AOT44B,nD = 1. 980, u = 20. 580 其基本成分是Te02-W03-Li20。利用引入少量Li2〇以增高玻璃在析晶方面的稳定性。基础成分是Te02- W03-Bi203(Ti02,PbO)的碲酸盐玻璃,t2D = 2.1614,nF~nc-0. 06674, t;=17.4。

碲酸盐玻璃具有特高折射率,但其使用性质并不十分优越,与重铅玻璃相似,可见区光 线的透过截止波长较长,约为390〜410nm,玻璃呈现出黄色。由于折射率高、反射损耗 大,450〜500nm的透过率在70%〜75%左右。红外区2. 7〜3. 6^m处也存在着氢氧根引起 的吸收。玻璃的热膨胀系数较大,一般都在130X10-7/°C以上;硬度较低。在实际使用中, 可在光学零件表面涂膜,二氧化硅的折射率的平方恰与碲酸盐玻璃的折射率相近,可作为减 少碲酸盐玻璃反射损失的膜层材料。

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