现代光学材料简介

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1、光学材料简介主讲：张荣君E-mail：rjzhang@fudan.edu.cn复旦大学信息学院光科学与工程系2013年1月4日光学材料的分类按照用途：光介质材料、光学纤维、光学薄膜和其它光学材料。光介质材料是指传输光线的材料，因此也可叫透射材料。入射的光线经过光介质材料折射、反射会改变其方向、相位或偏振态，还可以经过光介质材料的吸收或散射改变其强度和光谱成分。因此可以制成透镜、棱镜、反射镜、偏振器、窗口、光学纤维和光学薄膜等器件。经过特殊烧结的陶瓷可以对红外线透明，有的陶瓷对可见光也透明。rjzhang@fudan.edu.cn光学纤维是一种新型信息、能量传输材料。光学薄膜是

2、附加在光学器件表面用于提高或实现器件光学性能的一类薄膜材料，在许多方面有广泛的应用。其它光学材料：包括发光材料、着色材料、激光材料以及光信息存储、显示、处理材料等，在现代光学领域有非常重要的地位。rjzhang@fudan.edu.cn光学器件常用的（基板）材料一、玻璃----在光学应用上最重要二、陶瓷三、光学晶体四、光学塑料（如PC、PMMA等）五、金属一、光学基底材料及其特性三大光学材料：光学玻璃、光学晶体、光学塑料。光学玻璃应用最广泛；人工晶体生长困难，尺寸受限制，只有在玻璃不能满足的情况下才使用，如红外、紫外、偏振、闪烁等方面，以及激光技术、非线性晶体等；光学塑料属

3、于有机高分子化合物，具有价格低、容易成型、质量轻等特点，近来获得广泛应用。1、光学玻璃光学玻璃与普通玻璃的主要区别是：具有更高的透明度，并在物理和化学特性上具有高度的均匀性以及特定和精确的光学常数。光学玻璃的成分与工艺都严格保密。一般主要成分是二氧化硅。它比玻璃的机械强度高、化学稳定性好、热膨胀系数小、但熔点高（1700度以上）。一般光学玻璃能透过波长为230nm-2.5μm的各色光，超出该波长范围的光被强烈吸收。日常窗户用普通玻璃仅仅由砂子、纯碱和石灰石组成（SiO2-Na2O-CaO）。光学玻璃则由Si、B、P、Pb、K、Na、Ba、As、Al等元素的氧化物按一定的配方

4、在高温时形成盐溶液（熔融体），经过冷却得到的一种过冷的无定型熔融体。大多数光学玻璃是以SiO2为主要成分，属于硅酸盐玻璃；其次，以B2O3为主要成分，属于硼酸盐玻璃；以P2O5为主要成分，属于磷酸盐玻璃。为改善玻璃性能和满足光学器件的需要，需要加入其它成分：如氧化铝（提高稳定性与机械强度）、氧化铅（增大折射率，但化学稳定性下降）、氧化纳（降低熔炼温度，但稳定性和机械性能下降），等等。光学玻璃还具有其它特性：（1）各向同性由于玻璃的均一结构，其内部沿任何方向度量的物理性能（折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导电系数等）相同。（2）稳定性常温下，玻璃态具有较高的黏度，阻止玻璃态向晶态

5、的转变。（3）从熔融态向固态转变过程连续可逆玻璃从熔融态冷却到固态在一个相当宽的温度范围内完成，变化过程连续可逆，没有固化点，只有固化温度范围。这个性质对玻璃的热处理工艺非常重要。光学玻璃可以分为：（1）、无色光学玻璃（2）、有色光学玻璃（3）、特殊玻璃等（1）、无色光学玻璃：分类根据化学成分，无色光学玻璃可以分为两类：(a)、冕牌玻璃----K带头的玻璃，折射率n较小，色散系数大，可分为氟冕（FK）、磷冕（PK）、轻冕（QK）、钡冕（BaK）、重冕（ZK）、镧冕（LaK）、特冕（TK）等；(b)、火石玻璃----F带头的玻璃，折射率n较大。色散系数大，可分为冕火石（KF）、轻火石（

6、QF）、钡火石（BaF）、重火石（ZF）、镧H火石（LaF）等。共有160多种之多。K9玻璃K9玻璃是用K9料制成的玻璃制品，用于光学镀膜等领域。K9料属于光学玻璃，由于它晶莹剔透，所以衍生了很多以K9料为加工对象的工厂，加工出来的产品，被称为水晶玻璃制品。K9的组成如下：SiO2=69.13%，B2O3=10.75%，BaO=3.07%，Na2O=10.40%，K2O=6.29%，As2O3=0.36%它的光学常数为：折射率=1.51630，色散=0.00806，阿贝数=64.06光学玻璃国家标准按阿贝数分类，阿贝数≥50的玻璃为冕牌玻璃，用“K”来表示；阿贝数<50的玻

7、璃为火石玻璃，用“F”来表示。在这两大类下还用轻“Q”、重“Z”、特“T”和化学元素符号加前缀，数字加后缀进行细分，共分为18大类，141个牌号。如：QF8（轻火石）、BaK11（钡冕）、K9（冕）。一般冕牌属碱硅酸盐系统，绝大多数火石玻璃属铅硅酸盐系统。rjzhang@fudan.edu.cn无色光学玻璃一些技术指标(a)、nd----指587.7nm(氦黄线)处的折射率；(b)、n----指589.3nm(钠黄线)处的折射率；D(c)、相对色散（阿贝