光学玻璃技术原理及检验(光学掩模板加工)

发布时间:2020/12/16

光学玻璃技术原理及检验(光学掩模板加工)

光学玻璃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。

1.前景

光学玻璃是光电子技术产业的基础和重要组成部分，特别是20世纪90年代以后，随着光学、电子信息科学和新材料科学的不断融合，光学玻璃作为光电子的基础材料，在光传输、光存储和光电显示三个领域得到了突飞猛进的发展，已成为社会信息化特别是光电子信息技术发展的基本条件之一。

随着国内经济的持续稳定发展，我国光学玻璃制造业发展迅速。根据国家统计局的数据，2010年，光学玻璃制造业企业达到246家。全年销售收入234.05亿元，比上年同期增长53.70%;利润15.37亿元，比上年同期增长87.10%;资产规模264.5亿元，比上年同期增长77.49%。由于光学玻璃制造业以国内销售为主，金融危机对其的影响相对较小，而且该行业仍显示出良好的增长势头。

2.简介

一种通过折射、反射、透射或吸收来传输光的无机玻璃材料，能改变光的强度或光谱分布。它具有稳定的光学性能和高的光学均匀性。

3.光学玻璃的分类

无色光学玻璃

光学常数有其特殊的要求，具有可见光区透光率高、无选择性吸收着色等特点。根据ABBE数，将其分为日冕玻璃和燧石玻璃，根据折射率将各种玻璃分为几种，并按折射率依次排列，其中大部分用作双筒望远镜、显微镜、照相机等的透镜、棱镜、反射镜等。

辐照光学玻璃

高铅玻璃和CaO-B2O2系玻璃能防止γ射线和X射线照射，而X射线能吸收慢速中子和热中子，它们主要用于核工业和医药领域，用作屏蔽和窥视窗口材料。

耐辐照光学玻璃

在一定的γ射线和X射线照射下，可见光区的透过率变化不大，其种类和等级与无色光学玻璃相同。它用于制造光学仪器和高能照射下的窥视窗。

彩色光学玻璃

滤光玻璃。根据光谱特性，将紫外、可见和红外光谱的选择性吸收和透射率分为选择性吸收型、截止型和中性灰，并根据着色机理将离子着色、金属胶体着色和硫硒化着色分为离子着色、金属胶体着色和硫硒化着色。

紫外和红外光学玻璃

它在紫外或红外波段具有特殊的光学常数和较高的透过率，可用作紫外、红外光学仪器或窗口材料。

光学掩模板加工

光学石英玻璃

二氧化硅是主要成分，具有耐高温、低膨胀系数、高机械强度、良好的化学性质等特点，用于制造对各种波段有特殊要求的棱镜、镜片、玻璃窗和反射镜。此外，还有用于大规模集成电路制造的光学掩模板、液晶显示屏和影象盘玻璃;光沿磁力线穿过玻璃时偏振面旋转的磁光学玻璃;光衍射、反射、转换或移光频率在一定方向上的声光玻璃。

4、色散分类

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。

5、抗辐射

耐辐射玻璃是一种广义光学玻璃，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射线有很强吸收能力的玻璃。当γ射线或X射线进入防护玻璃时，由于光电效应和玻璃中正负电子对的形成，激发电子和自由电子同时产生，降低了入射γ射线或X射线的能量和穿透性，起到了保护作用。随着防辐射玻璃密度的增加，屏蔽能力也相应提高.抗γ射线玻璃的密度通常不小于4.5g/cm.近几年来，玻璃的密度为6.2~6.5g/cm，ZF系列玻璃被广泛使用。

(2)抗辐射光学玻璃主要是指在γ射线作用下不易着色的光学玻璃。抗辐射光学玻璃等级的名称仍然是以光学玻璃等级为基础的，表示耐辐射的X射线数，例如，K 509耐辐射光学玻璃的光学常数与K9的光学常数相同，抗γ射线的剂量为10 luqin。普通玻璃受高能射线照射产生自由电子，与玻璃中的空位结合形成色心。同时，它还可以移动细胞核，破坏正常结构，也可以产生颜色中心，从而使玻璃着色。

CeO 2是在高能γ射线辐照后引入到抗辐射光学玻璃中的。由于公式1的存在，在玻璃中可以捕获电子，不能产生色心，Ce和Ce的吸收带在紫外区域。当CeO 2含量过高时，紫外和红外吸收带延伸到可见光区，增加了可见光蓝区的吸收，使玻璃变黄。同时，由于玻璃中其他组分的影响，颜色也会加深，所以CeO 2的含量不应该太高。K 509中CeO 2含量约为0.4%≤0.5%，K 709中CeO 2含量约为1%。

6.生产原料

以优质石英砂为主要原料，适当添加辅料。稀土具有折射率高、分散性低、化学稳定性好等优点，可生产光学玻璃，可用于制造照相机、照相机、望远镜等先进光学仪器的镜片。例如，含氧化镧360%、氧化硼b2o340%的镧玻璃具有优良的光学性能，是制作先进相机和潜望镜镜头不可缺少的光学材料。此外，还可利用某些稀土元素的辐射防护特性生产防辐射玻璃。

7.冷工作

本实用新型涉及一种超硬度防火玻璃及其制造方法和专用设备，它通过化学气相热处理，在不影响玻璃原有颜色和透光率的前提下，改变其原有分子结构，使其在高温火焰冲击下达到超硬度标准，满足防火要求它包括以下工艺过程:以钠钙硅玻璃为基材进行切割，精磨冷加工钠钙硅玻璃，钠钙硅玻璃表面经化学气相热处理后涂覆防火膜处理钠钙硅玻璃表面特殊物理增韧处理

8.发展

光学玻璃的发展与光学仪器的发展密切相关，光学系统的新改革往往对光学玻璃提出了新的要求，从而促进了光学玻璃的发展。同样，新品种玻璃的试制成功也常常促进光学仪器的发展。

用于制造光学部件的光学材料是天然晶体，据说它们是古代阿西拉和中国古代天然电气石(茶镜)和黄色晶体的透镜。考古学家已经证明，在公元三千年的埃及和我们(战国时期)，人们能够制造玻璃。但是玻璃，就像镜子一样，始于13世纪的威尼斯。恩格斯在"自然辩证法"中对此给予了高度评价，认为它是当时杰出的发明之一。从那时起，由于天文学家和航海发展的需要，伽利略、牛顿、笛卡尔等也用玻璃制作了望远镜和显微镜。自16世纪以来，玻璃已成为制造光学零件的主要材料。

17世纪，光学系统的消色差成为光学仪器的中心问题。此时，由于玻璃成分的改善和玻璃中引入氧化铅，赫尔在1729年才获得一对消色差透镜。此后，光学玻璃被分为两类：日冕玻璃和燧石玻璃。

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。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。

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。

一、特定的光学常及同一批玻璃光学常数的一样性

种光学玻璃对不一样波长光线都有规则的规范折射率数值，作为光学规划者规划光学系统的根据。所以工厂出产的光学玻璃的光学常数需要在这些数值容许误差范围以内，不然将使实践的成象质量与规划时预期的结果不符而影响光学仪器的质量。

二、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。光线经过一系列棱镜和透镜后，其能量有些损耗于光学部件的界面反射而另一有些为介质(玻璃)自身所吸收。因而关于包含多片薄透镜的光学系统，透过率的要途径在于削减透镜外表的反射损耗，如涂敷外表增透膜层等。

原标题：光学玻璃技术原理及检验(光学掩模板加工)