玻璃由于具備透光性與反射性，而且容易上色，經(jīng)常被運(yùn)用于對光照與色彩有一定要求的場合，例如光學(xué)儀器與各種藝術(shù)裝飾之中。
現(xiàn)代技術(shù)給玻璃行業(yè)帶來了新的生機(jī)與精力，同時(shí)也使玻璃的性能有了很大的提升。我們將簡單介紹什么是光學(xué)玻璃，說明常見的光學(xué)玻璃都有哪些。
一、什么是光學(xué)玻璃
光學(xué)玻璃是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、UVC紫外石英玻璃、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。
激埃特光電光學(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。
光學(xué)玻璃分為有色光學(xué)玻璃和無色光學(xué)玻璃兩大類.
有色光學(xué)玻璃分為磷酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃.采用硒鎘著色、離子著色的中性(暗色)玻璃離子著色的選擇性吸收玻璃.
二、常見的光學(xué)玻璃都有哪些
1、無色光學(xué)玻璃
對光學(xué)常數(shù)有特定要求,具有可見區(qū)高透過、無選擇吸收著色等特點(diǎn).按阿貝數(shù)大小分為冕類和火石類玻璃,各類又按折射率高低分為若干種,
并按折射率大小依次排列.多用作望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、照相機(jī)等的透鏡、棱鏡、反射鏡等
2、防輻照光學(xué)玻璃
對高能輻照有非常大的吸收能力,有高鉛玻璃和CaO-B2O2系統(tǒng)玻璃,前者可防止γ射線和X射線輻照,后者可吸收慢中子和熱中子,主要用于核工業(yè)、
醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等作為屏蔽和窺視窗口材料.
3、耐輻照光學(xué)玻璃
在一定的γ射線、X射線輻照下,可見區(qū)透過率變化較少,品種和牌號(hào)與無色光學(xué)玻璃相同,用于制造高能輻照下的光學(xué)儀器和窺視窗口.
4、有色光學(xué)玻璃
光學(xué)玻璃
光學(xué)玻璃（optical glass），是用于制造光學(xué)儀器或機(jī)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，
具有特定和準(zhǔn)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。
光學(xué)材料的分類?
◆按照用途：光介質(zhì)材料、光學(xué)纖維、光學(xué)薄膜和其它光學(xué)材料。
◆光介質(zhì)材料是指傳輸光線的材料，因此也可叫透射材料。入射的光線經(jīng)過光介質(zhì)材料折射、反射會(huì)改變其方向、相位或偏振態(tài)，
還可以經(jīng)過光介質(zhì)材料的吸收或散射改變其強(qiáng)度和光譜成分。因此可以制成透鏡、棱鏡、反射鏡、偏振器、窗口、光學(xué)纖維和光學(xué)薄膜等器件。經(jīng)過特殊燒結(jié)的陶瓷可以對紅外線透明，有的陶瓷對可見光也透明。
◆光學(xué)纖維是一種新型信息、能量傳輸材料。
◆光學(xué)薄膜是附加在光學(xué)器件表面用于提高或?qū)崿F(xiàn)器件光學(xué)性能的一類薄膜材料，在許多方面有廣泛的應(yīng)用。
◆其它光學(xué)材料：包括發(fā)光材料、著色材料、激光材料以及光信息存儲(chǔ)、顯示、處理材料等，在現(xiàn)代光學(xué)領(lǐng)域有非常重要的地位。
光學(xué)器件常用的(基板)材料
一、玻璃----在光學(xué)應(yīng)用上最重要
二、陶瓷
三、光學(xué)晶體
四、光學(xué)塑料(如PC、PMMA等)
五、金屬
光學(xué)基底材料及其特性
◆三大光學(xué)材料：光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、光學(xué)塑料。
◆光學(xué)玻璃應(yīng)用最廣泛；
◆人工晶體生長困難，尺寸受限制，只有在玻璃不能滿足的情況下才使用，如紅外、紫外、偏振、閃爍等方面，以及激光技術(shù)、非線性晶體等；
◆光學(xué)塑料屬于有機(jī)高分子化合物，具有價(jià)格低、容易成型、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，近來獲得廣泛應(yīng)用。
1、光學(xué)玻璃
◆光學(xué)玻璃與普通玻璃的主要區(qū)別是：具有更高的透明度，并在物理和化學(xué)特性上具有高度的均勻性以及特定和精確的光學(xué)常數(shù)。
◆光學(xué)玻璃的成分與工藝都嚴(yán)格保密。一般主要成分是二氧化硅。它比玻璃的機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)小、但熔點(diǎn)高(1700以上)。
◆一般光學(xué)玻璃能透過波長為230nm-2.5μm的各色光，超出該波長范圍的光被強(qiáng)烈吸收。
◆日常窗戶用普通玻璃僅僅由砂子、純堿和石灰石組成( SiO2?- Na2O-CaO )。
◆光學(xué)玻璃則由Si、B、P、Pb、K、Na、Ba、As、Al等元素的氧化物按一定的配方在高溫時(shí)形成鹽溶液(熔融體)，
經(jīng)過冷卻得到的一種過冷的無定型熔融體。大多數(shù)光學(xué)玻璃是以SiO2為主要成分，屬于硅酸鹽玻璃；其次，以B2O3為主要成分，
屬于硼酸鹽玻璃；以P2O5為主要成分，屬于磷酸鹽玻璃。
◆為改善玻璃性能和滿足光學(xué)器件的需要，需要加入其它成分：如氧化鋁(提高穩(wěn)定性與機(jī)械強(qiáng)度)、氧化鉛
(增大折射率，但化學(xué)穩(wěn)定性下降)、氧化納(降低熔煉溫度，但穩(wěn)定性和機(jī)械性能下降)，等等。
光學(xué)玻璃還具有其它特性：
(1)各向同性
由于玻璃的均一結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部沿任何方向度量的物理性能(折射率、硬度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)電系數(shù)等)相同。
(2)穩(wěn)定性
常溫下，玻璃態(tài)具有較高的黏度，阻止玻璃態(tài)向晶態(tài)的轉(zhuǎn)變。
(3)從熔融態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變過程連續(xù)可逆
玻璃從熔融態(tài)冷卻到固態(tài)在一個(gè)相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)完成，變化過程連續(xù)可逆，沒有固化點(diǎn)，只有固化溫度范圍。這個(gè)性質(zhì)對玻璃的熱處理工藝非常重要。
光學(xué)玻璃可以分為：
(1)、無色光學(xué)玻璃
(2)、有色光學(xué)玻璃
(3)、特殊玻璃等
(1)、無色光學(xué)玻璃：分類
根據(jù)化學(xué)成分，無色光學(xué)玻璃可以分為兩類：
(a)、冕牌玻璃----K帶頭的玻璃，折射率n較小，色散系數(shù)大，可分為氟冕(FK)、磷冕(PK)、輕冕(QK)、鋇冕(BaK)、重冕(ZK)、鑭冕(LaK)、特冕(TK)等；
(b)、火石玻璃----F帶頭的玻璃，折射率n較大。色散系數(shù)大，可分為冕火石(KF)、輕火石(QF)、鋇火石(BaF)、重火石(ZF)、鑭H火石(LaF)等。
共有160多種之多。
K9玻璃
◆K9玻璃是用K9料制成的玻璃制品，用于光學(xué)鍍膜等領(lǐng)域。?
◆K9料屬于光學(xué)玻璃，由于它晶瑩剔透，所以衍生了很多以K9料為加工對象的工廠，加工出來的產(chǎn)品，被稱為水晶玻璃制品。
◆K9的組成如下： SiO2=69.13%， B2O3=10.75%，BaO=3.07%， Na2O=10.40%， K2O=6.29% ，As2O3=0.36%
◆它的光學(xué)常數(shù)為：折射率=1.51630 ，色散=0.00806 ，阿貝數(shù)=64.06
◆光學(xué)玻璃國家標(biāo)準(zhǔn)按阿貝數(shù)分類，阿貝數(shù)≥50的玻璃為冕牌玻璃，用“K”來表示；阿貝數(shù)<50的玻璃為火石玻璃，用“F”來表示。
在這兩大類下還用輕“Q”、重“Z”、特“T”和化學(xué)元素符號(hào)加前綴，數(shù)字加后綴進(jìn)行細(xì)分，共分為18大類，141個(gè)牌號(hào)。如：QF8(輕火石)、BaK11(鋇冕)、K9(冕)。
◆一般冕牌屬堿硅酸鹽系統(tǒng)，絕大多數(shù)火石玻璃屬鉛硅酸鹽系統(tǒng)。
無色光學(xué)玻璃一些技術(shù)指標(biāo)
(a)、nd----指587.7nm(氦黃線)處的折射率；
(b)、nD----指589.3nm(鈉黃線)處的折射率；
(c)、相對色散(阿貝數(shù)) υd、 υD
----由nf(486.1nm)和nc(656.3nm)確定：
υd= (nd?-1)/(nf?- nc)
υD= (nD?-1)/(nf?- nc)
無色光學(xué)玻璃的分級(jí)
玻璃按下列各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)分類和分級(jí)：
a.折射率、色散系數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的允許差值；
b.同一批中，折射率及色散系數(shù)的一致性；
c.光學(xué)均勻性；
d.應(yīng)力雙折射；
e.條紋度；
f.氣泡度；
g.光吸收系數(shù)；
h.耐輻射性能(N系列玻璃)。
根據(jù)折射率與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的允許差值，玻璃按下表分為6類。
| 類別 | 折射率nd允許差值 | 類別 | 折射率nd允許差值 |
| 00 | ±2×10-4 | 2 | ±7×10-4 |
| 0 | ±3×10-4 | 3 | ±10×10-4 |
| 1 | ±5×10-4 | 4 | ±20×10-4 |
玻璃的光學(xué)均勻性以一塊玻璃中各部位間的折射率微差最大值△nmax表示時(shí)，按下表分為4類。
| 類別 | 折射率最大微差，△nmax |
| H1 | ±2×10-6 |
| H2 | ±5×10-6 |
| H3 | ±1×10-5 |
| H4 | ±2×10-5 |
(2)、有色玻璃?
有色玻璃指對特定波長的可見光、紫外光或紅外光具有選擇性吸收或透過性能的光學(xué)玻璃，又稱為光學(xué)濾光玻璃。
主要用于制作觀察、照相、紫外、紅外等光學(xué)儀器的濾光片，以改變光的強(qiáng)度或光譜成分，
達(dá)到提高儀器的能見度或滿足某些特定要求，有時(shí)替代鍍膜，有時(shí)與薄膜組合使用。
有色光學(xué)玻璃是在無色光學(xué)玻璃原料中加入適量的著色劑制成。按照著色原理可以分為膠態(tài)著色和離子著色有色玻璃兩類。
著色劑分別在玻璃種以膠體或者離子狀態(tài)存在。
有色玻璃按照光譜特性可分為選擇性吸收型、截止型、中性灰型三種光學(xué)濾光玻璃。
國際、國內(nèi)均有一些專業(yè)有色玻璃生產(chǎn)商：如藍(lán)玻璃就是一種有色玻璃，HOYA叫CM5000，肖特叫BG38、BG39等。
(3)、特殊玻璃?
其它特殊玻璃可以包括
A、耐輻射玻璃
B、石英玻璃
C、隔熱玻璃
D、微晶玻璃
E、耐熱玻璃
F、硬質(zhì)玻璃
G、光學(xué)眼鏡玻璃等。
石英玻璃?
光學(xué)石英玻璃是用純水晶做原料制得的玻璃態(tài)二氧化硅(SiO2)，也稱為熔融石英。其SiO2含量大于99.9%，故具有優(yōu)異性能：
(1)光譜特性好，在200nm-4.7um高透過率；
(2)熱膨脹系數(shù)小，比普通玻璃小兩個(gè)量級(jí)，具極高的熱穩(wěn)定性；
(3)耐熱性極好；
(4)耐極冷極熱性能好；
(5)化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸性優(yōu)于所有光學(xué)材料；
(6)機(jī)械性能好；
(7)硬度高，表面不易劃傷；
(8)耐輻射性能好；
(9)密度小，為2.21g/cm3；
石英玻璃用途廣泛，但熔制困難，價(jià)格昂貴。
?
2、光學(xué)晶體及其特性
在光學(xué)上應(yīng)用的單晶體稱為光學(xué)晶體。光學(xué)晶體內(nèi)部的不同部位具有相同的性質(zhì)，即均一性；各向異性、
晶體的性質(zhì)相對于晶軸的對稱性、穩(wěn)定性等。
光學(xué)晶體按用途分為紫外、紅外晶體、激光晶體、偏振晶體、復(fù)消色差晶體等；按工藝性能分為硬質(zhì)晶體
(莫氏硬度7~9，如石英晶體、紅寶石、釔鋁石榴石等)、
軟質(zhì)晶體(莫氏硬度2~4，如螢石、方解石等 )和水溶性晶體(如氯化納、氯化鉀、ADP、KDP等)。
螢石的硬度低、脆性大，加工時(shí)容易損傷表面和破裂，水溶性晶體具有潮解性，加工困難。
什么叫做晶體？?
晶體對我們來說既熟悉又陌生，包括食鹽、糖以及一些藥物等均是；
晶體具有規(guī)則的幾何多面體形狀，它是具有格子構(gòu)造的固體。
晶體包括三大晶族七大晶系，如下表：
| 晶族 | 晶系 | 特征 | |
| 軸單位 | 軸角 | ||
| 低族晶系 | 三斜 | a0≠b0?≠ c0 | α0?≠ β0?≠ γ0?≠ 90° |
| 單軸 | a0?≠ b0?≠ c0 | α0?= γ0?= 90°， β0?≠ 90° | |
| 正交 | a0?≠ b0?≠ c0 | α0?= β0?= γ0?= 90° | |
| 中級(jí)晶系 | 四方 | a0=b0?≠ c0 | α0?= β0?= γ0?= 90° |
| 六方 | a0=b0?≠ c0 | α0?= β0?= 90°， γ0?= 120° | |
| 三方 | a0=b0=c0 | α0?= β0?= γ0?≠ 90 | |
| 立方晶系 | 立方 | a0=b0=c0 | α0?= β0?= γ0?= 90° |
光學(xué)晶體常用中級(jí)晶族和高級(jí)晶族，石英是六方晶系
晶體的基本性質(zhì)?
1、均一性：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)和排列方式一致；
2、各向異性：點(diǎn)陣性質(zhì)和排列方式在方向上不一致；
3、對稱性：在特定方向上異向同性，這個(gè)方向就是晶軸；
4、自范性：能自發(fā)形成封閉幾何多面體；
5、最小內(nèi)能性：具有確定的熔點(diǎn)，以及特有穩(wěn)定性；
6、穩(wěn)定性：最小內(nèi)能性的必然結(jié)果，不能自發(fā)轉(zhuǎn)化為其它狀態(tài)，非晶態(tài)則隨時(shí)有結(jié)晶傾向。
晶體的幾個(gè)重要的物理性質(zhì)?
1、解理性：受到定向外力作用時(shí)，能按照一定的方向破裂，形成光滑的平面，此為解理性。
2、硬度：常用莫氏硬度，指甲可劃的為1~2.5，小刀能刻畫的為5~5.5，銼刀為6~7，銼刀都不能的為8~9，石英晶體為7，天然金剛石為9
3、溶解度
4、雙折射：高級(jí)晶族沒有，中級(jí)有，會(huì)將一束光分為2束，為尋常光和非尋常光，相應(yīng)的折射率用no和ne表示
5、旋光性
光學(xué)晶體的性能特點(diǎn)?
1、光譜透過范圍寬：尤其是在長波段，可達(dá)60um。
2、折射率和色散變化范圍寬：可滿足各種不同應(yīng)用場合；
3、熔點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好：有利于在高溫下使用；
4、雙折射：
5、旋光性：
6、吸收性和多色性：吸收率的各向異性。即隨著入射光線的偏振方向不同，光學(xué)晶體對光的吸收程度也不一樣。
因此，除等軸晶系(高級(jí)晶族)外，在同一晶體的不同方向上呈現(xiàn)不同的顏色，光學(xué)晶體的這種性質(zhì)叫多色性。
光學(xué)晶體按用途分為如下類型?
1、紫外、紅外晶體：用于宇宙飛船、人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈等的窗口，包括石英、硅、鍺等
2、復(fù)消色差晶體：用于高級(jí)復(fù)消色差物鏡
3、偏振晶體：制作偏振器件
4、激光晶體：用于制造激光器
5、電光晶體、聲光晶體以及非線性晶體等
3、光學(xué)塑料及其特性?
光學(xué)塑料是有機(jī)高分子聚合物，利用其一定的光學(xué)、機(jī)械、化學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)，滿足光學(xué)器件設(shè)計(jì)要求，
從而在眼鏡片、棱鏡、透鏡DVD、VCD、CD-ROM光頭、照相機(jī)等光電儀器中得到廣泛使用。
塑料是什么？
塑料是一種以合成樹脂或天然樹脂(一般為高分子聚合物)為基本成分，在加工過程中，可塑制成型，
產(chǎn)品最終能保持形狀不變的材料。
光學(xué)塑料是一種可以與玻璃競爭的透明塑料。它具有一定的光學(xué)特性、機(jī)械特性和化學(xué)特性，
能滿足光學(xué)零件的要求，從而逐漸構(gòu)成光學(xué)三大基本材料之一(光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體和光學(xué)塑料)。
(1)、光學(xué)塑料的應(yīng)用?
目前，光學(xué)塑料的應(yīng)用大致分為三大類：
A、塑料透鏡(包括工業(yè)、儀器用透鏡、眼鏡、非球面透鏡、棱鏡和菲涅耳透鏡等)；
B、光盤及光學(xué)纖維；
C、其它功能性光學(xué)塑料元件。其應(yīng)用范圍越來越廣泛；
(2)、 常見的光學(xué)塑料?
在世界范圍內(nèi)，光學(xué)塑料品種已有上百種，但真正用到工業(yè)開發(fā)，應(yīng)用面廣的品種并不多，據(jù)統(tǒng)計(jì)約十多種，
如PMMA、PS、PC、SAN、CR-39、TPX等。
各種文獻(xiàn)報(bào)道的新品種非常多，日本就有s-16、KT-153、TS-26等。最近日本開發(fā)出一種聚烯經(jīng)樹脂，
是用作光盤的新材料，它的相對密度小，僅1.01，耐熱性好(Tg為140℃)，透光率為90％。光學(xué)塑料的發(fā)展日新月異。
(3)、光學(xué)塑料的類型?
據(jù)受熱后的性能變化，光學(xué)塑料可分為兩大類：
①熱塑性光學(xué)塑料：熱塑性塑料是指可以多次反復(fù)加熱仍有可塑性的塑料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PS)均屬熱塑性塑料。
②熱固性光學(xué)塑料：熱固性塑料是由加熱固化的合成樹脂制成的塑料，常見的如CR-39樹脂鏡片，環(huán)氧光學(xué)塑料。
(4)、光學(xué)塑料的優(yōu)點(diǎn)?
A、成型方便、成本低(約為玻璃的1/10~1/30)；
B、耐沖擊強(qiáng)度高(光學(xué)塑料的沖擊強(qiáng)度達(dá)25x103N·m/m2，比光學(xué)玻璃大10倍．經(jīng)得起撞擊和跌落，不易破損)
C、相對密度小，重量輕：光學(xué)塑料的相對密度為0.83-1.46，而玻璃的相對密度為2.5-3.0，即塑料比玻璃輕一倍，這對軍用光學(xué)儀器有特殊意義。
D、透光率好(可見區(qū)和玻璃一樣，在紫外和紅外區(qū)比玻璃好)
E、抗溫度驟變能力強(qiáng)：在溫度低于塑料的軟化溫度時(shí)，不論溫度如何驟然變化，其光學(xué)性能不會(huì)有多大變化。
F、工藝性好，成本低。
(5)、光學(xué)塑料的缺點(diǎn)?
①拆射率溫度梯度大．約為2×10-4／℃，對光學(xué)系統(tǒng)特別不利；
②熱膨脹系數(shù)比玻璃大10>倍左右；
③導(dǎo)熱性和耐熱性差，軟化溫度低，易變形，加熱時(shí)會(huì)變形和分解；
⑦不耐有機(jī)溶劑；
⑧耐磨性差；
⑥吸濕性嚴(yán)重；
⑦光學(xué)塑料的折射率和色散系數(shù)沒有玻璃寬，因此，選用的余地受限制。
◆主要內(nèi)容
光學(xué)材料
光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、光學(xué)塑料
