光學設計-第10講-光學材料與加工doc資料課件

光學材料五邑大學應用物理與材料學院光學材料五邑大學應用物理與材料學院主要內容2第一節(jié)光學玻璃第三節(jié)光學塑料主要內容2第一節(jié)光學玻璃第一篇光學玻璃一、玻璃的定義：玻璃：一種較為透明的固體物質，在熔融時形成連續(xù)網(wǎng)絡結構，冷卻過程中粘度逐漸增大并硬化而不結晶的硅酸鹽類非金屬材料。普通玻璃化學氧化物的組成Na2O·CaO·6SiO2),主要成份是二氧化硅。廣泛應用于建筑物，用來隔風透光，屬于混合物

第一節(jié)普通玻璃第一篇光學玻璃一、玻璃的定義：第一節(jié)普通玻璃二、玻璃的特性各向同性介穩(wěn)性可逆性連續(xù)性無固定熔點二、玻璃的特性第二節(jié)光學玻璃光學玻璃：用于制造光學儀器、或者透鏡、棱鏡、反射鏡的等的玻璃材料。與普通玻璃的區(qū)別在于光學玻璃具有很高的透明度、均勻性和化學穩(wěn)定性以及特定而精確的光學常數(shù)。第二節(jié)光學玻璃光學玻璃：用于制造光學儀器、或者透鏡、棱鏡、第二節(jié)光學玻璃一、光學玻璃的分類無色光學玻璃普通光學玻璃耐輻射光學玻璃激光玻璃有色光學玻璃第二節(jié)光學玻璃一、光學玻璃的分類光學玻璃的主要參數(shù)(一)折射率我國標準規(guī)定：主折射率：指光學玻璃對鈉光d（波長0.5786μm）的折射率，用nd表示；對F譜線(波長0.4861μm的藍光)的折射率用nF表示;對C譜線(波長0.6563μm的紅光)的折射率用nC表示。光學玻璃的主要參數(shù)(一)折射率8色散表示光學玻璃對不同的光具有不同的折射率。色散大小用F譜線和C譜線之差表示，即nF－nC

，稱作中部色散。通常度量光學玻璃的色散程度用色散系數(shù)(又稱阿貝數(shù))vd

:（二）色散系數(shù)8色散表示光學玻璃對不同的光具有不同的折射率。色散大小用F譜1、組成玻璃形成體：B2O3、P2O5、SiO2、As2O3中間體：Al2O3網(wǎng)絡外體：Na2O、K2O、CaO、BaO、PbO二、光學玻璃的主要特性1、組成二、光學玻璃的主要特性二、光學玻璃的主要特性光學玻璃與普通玻璃的區(qū)別：特定和精確的光學常數(shù)物理和化學上高度均勻性高度透明性極小的內應力注重批次性二、光學玻璃的主要特性第三節(jié)無色光學玻璃第三節(jié)無色光學玻璃一、無色光學玻璃的分類1.兩大系列：普通光學玻璃系列（P系列）耐輻射光學玻璃系列（N系列）一、無色光學玻璃的分類冕牌玻璃（K）火石玻璃（F）折射率?。?.50-1.55）折射率大（1.53-1.85）色散系數(shù)大（55-62）色散系數(shù)?。?0-45）質輕而硬、透明度好質重而軟、呈淡黃色、透明度差硼酸鹽玻璃加入氧化鉛2.兩大分類（按色散系數(shù)大?。┟崤撇ＡВ↘）火石玻璃（F）折射率?。?.50-1.55）折3.18個類型：冕牌玻璃：FK、QK、K、PK、BaK、ZK、LaK、TK火石玻璃：KF、QF、F、BaF、ZBaF、ZF、LaF、ZLaF、TiF、TF4.135個牌號。3.18個類型：各種氧化物對玻璃性質的影響名稱減小增大二氧化硅相對密度、膨脹系數(shù)化學穩(wěn)定性、耐溫性、機械強度、粘度氧化鋁析晶能力（當加2-5%時）機械強度、化學穩(wěn)定性、粘度氧化硼析晶能力、粘度、膨脹系數(shù)化學穩(wěn)定性、溫度驟變抵抗性、折射率氧化鈉、鉀化學穩(wěn)定性、耐溫性、機械強度、結晶能力、硬度膨脹系數(shù)氧化鎂析晶能力、粘度（加25%時）耐溫性、化學穩(wěn)定性、機械強度氧化鋇化學穩(wěn)定性相對密度、折射率、析晶能力氧化鉛化學穩(wěn)定性、硬度折射率氧化鋅膨脹系數(shù)耐溫性、化學穩(wěn)定性、機械強度氧化鈣耐溫性膨脹系數(shù)、硬度、化學穩(wěn)定性、機械強度、析晶能力各種氧化物對玻璃性質的影響名稱減小增大二氧化硅相對密度、膨脹光學設計-第10講-光學材料與加工doc資料課件二、耐輻射玻璃光學玻璃在吸收x射線和γ射線后，會著色、變暗甚至變得不透明，導致儀器無法正常工作。原因：光學玻璃在x射線和γ射線的作用下形成電子空穴對，這些電子空穴對與玻璃種的缺陷形成色中心；多價態(tài)金屬氧化物在x射線和γ射線的作用下發(fā)生價態(tài)改變，形成吸收帶。解決方案：加入Ce離子。二、耐輻射玻璃光學玻璃在吸收x射線和γ射線后，會著色、變暗甚作業(yè)：在普通光學玻璃種加入Ce離子，為什么可以抗輻射？作業(yè)：在普通光學玻璃種加入Ce離子，為什么可以抗輻射？折射率、色散系數(shù)與標準數(shù)值的允許差值以及一致性，光學均勻性，應力雙折射，條紋度，氣泡度，光學吸收系數(shù)，耐輻射性能光學玻璃的主要質量指標折射率、色散系數(shù)與標準數(shù)值的允許差值以及一致性，光學均勻性，1、折射率、色散系數(shù)與標準數(shù)值的允許差值Δnd、Δνd二、無色光學玻璃的質量指標及檢測方法折射率？色散？1、折射率、色散系數(shù)與標準數(shù)值的允許差值Δnd、Δνd二、無nD------鈉光譜D線(589.3nm)測量值；nd------鈉光譜d線(587.6nm)測量值（國標規(guī)定）；通常說的玻璃折射率指d光的折射率波長（nm）譜線符號404.7h435.8g486.1F546.1e589.3D656.3C766.5A’nD------鈉光譜D線(589.3nm)測量值；波長譜線類別折射率nd的允許差值00±2×10-40±3×10-41±5×10-42±7×10-43±10×10-44±20×10-4折射率與標準數(shù)值的允許差值類別色散系數(shù)νd的允許差值00±0.2%0±0.3%1±0.5%2±0.7%3±0.9%4±1.5%色散系數(shù)與標準數(shù)值的允許差值Nd＞1.82類別折射率nd的允許差值00±2×10-40±3×10-折射率及色散系數(shù)的測量：V棱鏡法（國標規(guī)定）臨界角法（常用方法）折射率及色散系數(shù)的測量：2、一致性2、一致性3、光學均勻性光學均勻性是指同一塊玻璃中折射率的漸變。由于退火爐內各處溫度不均勻所引起的。小塊玻璃用鑒別率比值法測量。大塊玻璃用多光束干涉儀測量。3、光學均勻性光學均勻性是指同一塊玻璃中折射率的漸變。光學均勻性測試（對于小塊玻璃）光學均勻性測試（對于小塊玻璃）光學均勻性測試（對于小塊玻璃）對于測量結果為1和2類，補測星點圖。1：圓亮環(huán)無斷裂、無尾刺、畸角和變形現(xiàn)象。2：變形不嚴重，大體保持圓環(huán)、兩環(huán)間距大體相等，每個環(huán)的寬度允許變化，但不應斷裂。光學均勻性測試（對于小塊玻璃）對于測量結果為1和2類，補測星光學均勻性（對于大塊玻璃）光學均勻性（對于大塊玻璃）4、玻璃應力雙折射當玻璃受到外力作用，或者退火過程中由于玻璃內外溫度不一致，或者退火爐內各處的爐溫不一致等都會產(chǎn)生雙折射?？煞譃橹胁繎瓦吘墤?。4、玻璃應力雙折射當玻璃受到外力作用，或者退火過程中由于玻璃應力雙折射分類應力雙折射分類應力雙折射測試應力雙折射測試5、玻璃的條紋度條紋是玻璃內部折射率的局部不均勻，引起光的方向變異，主要由玻璃熔煉過程中各部分成分不同引起。最易引起條紋的玻璃是ZF類，其次為F、BaF、BaK等。5、玻璃的條紋度條紋是玻璃內部折射率的局部不均勻，引起光的方玻璃的條紋度測試玻璃的條紋度測試玻璃的條紋度分類玻璃的條紋度分類6、玻璃的氣泡度玻璃內部氣泡相當于微小的透鏡，引起光的散射和折射。最易引起氣泡的玻璃是BaK、BaF、ZK等。6、玻璃的氣泡度玻璃內部氣泡相當于微小的透鏡，引起光的散射和氣泡度檢驗氣泡度檢驗玻璃氣泡度分類(1)按最大氣泡的直徑分為3類(2)按氣泡的總截面積分7級。玻璃氣泡度分類(1)按最大氣泡的直徑分為3類級別100cm3玻璃中，直徑≥0.05mm的氣泡平均數(shù)(個)a00a0abcde123.3103090180(3)按氣泡的數(shù)量多少分為7級級別100cm3玻璃中，直徑≥0.05mm的氣泡平均數(shù)(個)7、光吸收系數(shù)

1cm厚的光學玻璃所吸收的白光光通量與進入該玻璃的白光光通量之比。7、光吸收系數(shù)1cm厚的光學玻璃所吸收的白光光通玻璃透射率測試裝置玻璃透射率測試裝置三、光學玻璃的化學穩(wěn)定性玻璃抵抗潮濕空氣、水、酸、堿、鹽的侵蝕能力。三、光學玻璃的化學穩(wěn)定性玻璃抵抗潮濕空氣、水、酸、堿、鹽的侵1、耐水性(耐潮穩(wěn)定性)

水和水蒸氣對玻璃具有侵蝕作用（玻璃的水解反應）；空氣中的二氧化碳也能溶解在水中，生成少量碳酸，碳酸雖然為弱酸，但能于硅酸鹽起化學反應，從而加劇玻璃的腐蝕。1、耐水性(耐潮穩(wěn)定性)水和水蒸氣對玻璃具有侵蝕耐水性測試及分類測試條件：70±1℃；RH=100%；一周1級:濁度值≤BaK7的濁度值，無水斑；2級:濁度值≤BaK7的濁度值，有水斑；3級:濁度值＜ZK9的濁度值；4級:濁度值＞ZK9的濁度值。濁度H=(TA-TB)/TA耐水性測試及分類測試條件：70±1℃；RH=100%；一周12、耐酸性

酸對玻璃的腐蝕主要是發(fā)生了Na+和H+的交換，生成易溶解的鹽類，使玻璃的溶解加速。2、耐酸性酸對玻璃的腐蝕主要是發(fā)生了Na+3、耐堿性

堿性溶液中的OH-離子會對玻璃中的硅原子產(chǎn)生破壞，使硅氧鍵斷裂，玻璃腐蝕嚴重。3、耐堿性堿性溶液中的OH-離子會對玻璃中的硅原子產(chǎn)四、光學玻璃的其他性能密度硬度脆性抗張強度(3.0-8)×106Pa、抗壓強度(5.0-20)×108Pa彈性熱性能線熱膨脹系數(shù)導熱系數(shù)轉變溫度退火溫度折射率溫度系數(shù)四、光學玻璃的其他性能密度第四節(jié)有色光學玻璃第四節(jié)有色光學玻璃一、種類及光譜特性一、種類及光譜特性（一）截止型玻璃（硒鎘著色玻璃）著色劑：半導體化合物CdSe、CdS特征：一個寬的高透過區(qū)和一個高吸收區(qū)，在兩者之間有一個過渡區(qū)，此外光譜透過率的變化是異常迅速的；其光譜特性是吸收短波，透過長波區(qū)。品種：HB、JB、CB（一）截止型玻璃（硒鎘著色玻璃）著色劑：半導體化合物CdSe（二）選擇吸收玻璃（離子著色玻璃）離子著色—利用過渡金屬和二價銅稀土元素等離子對光譜區(qū)的吸收作用制成的玻璃。著色劑：Co、Ni、Cu、Mn、Cr、Ti、Mo、U等的氧化物。特征：對某一光譜區(qū)有顯著的“攔截”或“透明”，即對某一波段吸收多一些，而對另一波段透過多一些。種類：ZWB、ZB、QB、LB、HWB，F(xiàn)B、BB（二）選擇吸收玻璃（離子著色玻璃）離子著色—利用過渡金屬和二（三）中性玻璃特征：在可見光區(qū)域內能比較均勻地降低光源的光強度，而不改變其光譜成分。牌號：AB1、AB2、AB3、…、AB10（三）中性玻璃特征：在可見光區(qū)域內能比較均勻地降低光源的光強有色光學玻璃的特點和用途玻璃種類著色劑特點用途硒鎘玻璃膠體CdSe,CdS寬的高透射、高反射區(qū)；（截止濾光片型）截止濾光片或與薄膜組合應用。黃、橙、紅色濾光片。離子著色選擇吸收玻璃Co,Ni,Cu,Mn,Cr,Ti,Mo,U等氧化物具有一定的通帶（阻帶）；（帶通帶阻濾光片型）多用于光源；紫、藍、綠濾光片中性玻璃在可見區(qū)內均勻改變光強度；（均勻衰減型）中性濾光片或衰減片有色光學玻璃的特點和用途玻璃種類著色劑特點用途硒鎘玻璃膠體C光學設計-第10講-光學材料與加工doc資料課件光學設計-第10講-光學材料與加工doc資料課件第五節(jié)特種光學玻璃一、光學石英玻璃優(yōu)良的光譜特性耐高溫和熱膨脹系數(shù)小化學穩(wěn)定性好機械性能好第五節(jié)特種光學玻璃一、光學石英玻璃各種光學石英玻璃所能達到的最高類別

JGS-1

JGS-2

JGS-3生產(chǎn)方法合成CVD氣煉電熔

氣泡類別

0

2

2

雙折射

1-2

1-2

1-2

顆粒結構

1

2

2

條紋

1-2

1-2

2

均勻性

1-2

2

2

熒光

1

2

2

防輻射性能不變色輕微變色變色其在可見光的透過率均大于90%各種光學石英玻璃所能達到的最高類別

第四篇光學塑料光學塑料非球面元件第四篇光學塑料光學塑料非球面元件光盤讀出光學系統(tǒng)的變遷光盤讀出光學系統(tǒng)的變遷一、組成主要成分：高分子聚合物—樹脂。添加增強劑、增塑劑、穩(wěn)定劑和潤滑劑來改善性能。光學塑料分為熱塑性和熱固型光學塑料。一、組成主要成分：高分子聚合物—樹脂。添加增強劑、增塑劑、穩(wěn)二、光學塑料的主要特性（一）優(yōu)點相對密度小0.83-1.46耐沖擊強度高透紅外、紫外性能好耐溫度驟變能力強易成型、成本低二、光學塑料的主要特性（一）優(yōu)點（二）主要缺點