光学玻璃系统和分类

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1、第二编光学玻璃系统和品种光学玻璃是光学仪器玻璃中使用得最多的一种光学材料．绝大部分光学零件如透镜、棱镜、反射镜等都由光学玻璃制成．光学玻璃的主要特征是高度的透明性、物理及化学上的高度均匀性以及具有特定和精确的光学常数．随着光学仪器的日益发展，对光学玻璃貭量的提高及光学常数范围的扩大提出更高的要求．目前，光学玻璃的品种巳超过数百种．长时期内，各国对于本国所生产的各种牌号光学玻璃的成分是严格保守秘密的，如果某一国家一旦由其他国家得到光学玻璃成分而试制成功光学玻璃后，他们往往仍然沿用这些“经典”的配方而

2、很少改进，或是仅仅依靠经验作局部的调正．因此不能认为现有的光学玻璃成分都是充分合理的．随着有关玻璃态物理化学的发展，使我们有可能从各种典型的玻璃系统研究出发，寻找各种性貭随成分变化的规律性，然后利用这些规律去改进现有各种光学玻璃的性能或试制新品种光学玻璃，从而把光学玻璃新品种的发展建立在科学的基础上．本编中首先叙述了光学仪器设计对光学玻璃貭量及品种的基本要求，指出合理选用玻璃和发展新品种光学玻璃的途径；然后较详细地介绍商品光学玻璃和新品种光学玻璃的几个基本系统郎硅酸盐、硼酸盐和磷酸盐玻璃各种性貭的

3、变化规律，其中引用了许多我们试验中所积累的实际数据．最后在广泛总结文献数据和我们试验资料基础上分类讨论了各新品种光学玻璃的国际现状和发展方向，可供新品种光学玻璃研究和试制工作的参芭第一章光学仪器对光学玻璃的要求§2．1—l光学玻璃的质量要求川光学玻璃和其它玻璃的不同之点在于它作为光学系统的一个组成部分，必须满足光学成象的要求．因此，光学玻璃貭量的制定也包括某些特殊的和较严格的指标．对光学玻璃有以下主要要求．一、特定的光学常数以及同一批玻璃光学常数的一致性每一品种光学玻璃对不同波长光綫都有规定的标准

4、折射率数值，作为光学设计者设计光学系统的依据．所以工厂生产的光学玻璃的光学常数必须在这些数值一定的容许偏差范围以内，否则将使实际的成象貭量与设计时预期的结果不符而影响光学仪器的貭量．同时由于同批仪器往往采用同枇光学玻璃制造，为了便于仪器的统一校正，同批玻璃的折射率容许偏差要较它们与标准数值的偏差更加严格．二、高度的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綫的透明度以光吸收系数x真表示．光綫通过一系列棱镜和透镜后，其能量部分损耗于光学零件的界面反射而另一部分为介貭(玻璃)

5、本身所吸收．前者随玻璃折射牢的增加而增加，对高折射率玻璃此值甚大，如对重燧玻璃一个表面光反射损耗约696左右．因此对于包含多片薄透镜的光学系统，提高透过率的主要途径在于减少透镜表面的反射损耗，如涂敷表面增透膜层等．而对于大尺寸的光学零件如天文望远镜的物镜等，由于其厚度较大，光学系统的透过率主要决定于玻璃本身的光吸收系数．通过提高玻璃原料的纯度以及在从配料到熔炼的整个过程中防止任何着色性杂貭混入，一般可以使玻璃的光吸收系数小于o．ol(郎厚度为l厘米的玻璃对白光透过率大于99g6)．三、化学及物理上

6、的高度均匀性玻璃内部的不均匀性可能是由于局部化学成分的不同，如气泡、结石和条纹等而§2．1—L光学玻璃的貭量要求造成的化学不均匀性，也可能是由于内部应力或由于热历史不同，使玻璃内各部分折射率不同而造成的物理不均匀性．按照对光学系统成象貭量的影响程度，可分为以下几类．第一类为玻璃中有部分折射瘁与周围不同的区域，如图2．1-1所示．光缉由一个方向通过玻璃后，其WWW.DONGSH.NET波面保持原状(如I-I及II-II所示)；而由另一方向通过玻璃时，其波面产生一定程度的变形(如III-III及IV-

7、IV)，其变形程度居(光程差)决定于折射率差An及玻璃厚度／后＝——厶刀·／(2．1--1)对于高级观察系统，程差弄必须不大于1／4又，所以允许的折射率差An＝又／4／．玻璃愈厚，对这类光学均匀性要求愈高．例如若波长又＝0．555微米，玻璃厚度／＝10厘米，则对折射率差的要求为An<1．4X10--6．实际上由于不均匀无一定明显的界綫，因而波面也逐渐地变形．对大尺寸光学零件，如果这类不均匀性存在面积较大，将降低象的分辨率及其貭量．