光学玻璃

✍ dations ◷ 2025-09-06 19:37:48 #光学仪器,玻璃

光学玻璃是制造光学镜头、光学仪器的主要材料。光学玻璃必须有高度精确的折射率、阿贝数和高透明度、高均匀度。

最初用于制造镜头的玻璃,就是普通窗户玻璃或酒瓶上的疙瘩,形状类似“冠”,皇冠玻璃或冕牌玻璃的名称由此而来。那时候的玻璃极不均匀,多泡沫。除了冕牌玻璃外还有另一种含铅量较多的燧石玻璃。

1790年左右法国人皮而·路易·均纳德发现搅拌玻璃熔液可以制造质地均匀的玻璃。

1884年蔡司公司的恩斯特·阿贝和奥托·肖特在德国耶拿市创建肖特玻璃厂(Schott Glaswerke AG ),在几年内研制了几十种光学玻璃,其中以高折射率的钡质冕牌玻璃(BAK)的发明为肖特玻璃厂的重要成就之一。

光学玻璃是用高纯度硅、硼、钠、钾、锌、铅、镁、钙、钡等的氧化物按特定配方混合,在白金坩埚中高温融化,用超声波搅拌均匀,去气泡;然后经长时间缓慢地降温,以免玻璃块产生内应力。冷却后的玻璃块,必须经过光学仪器测量,检验纯度、透明度、均匀度、折射率和色散率是否合规格。合格的玻璃块经过加热锻压,成光学透镜毛胚。

1930年代美国伊士曼柯达公司发明了新的稀土元素光学玻璃,相比于已有的钡冕、超重冕玻璃,稀土玻璃添加有镧、钍的氧化物。此类光学玻璃有很高的折射率,同时玻璃的色散明显低于同折射率的燧石玻璃,为光学镜头的设计开辟新的可能性,今日各类镜头中几乎都有镧玻璃。早期稀土玻璃由于添加二氧化钍,多半含有放射性。二战结束后柯达又改良而发明无放射性稀土玻璃,并经过以徕兹(Leitz)、小原(Ohara)、肖特(Schott)等各光学玻璃制造商的改进,成为光学界常见的高折射率玻璃。经典的无钍镧冕玻璃以徕卡公司授权肖特厂生产的LaK9(系徕卡优化Chance Brother's公司的691547玻璃配方得到)为代表。二十世纪六七十年代,配方不断改进,逐渐用五氧化二钽为主的原料代替了二氧化钍。并且,随着熔炼工艺的不断改进,更高折射率的重镧火石玻璃也被研发出来。相比于镧冕玻璃,这类材料通常必须添加更多的氧化镧、氧化钽、氧化锆和氧化铌等修饰成分,熔炼的条件更趋苛刻,修饰成分导致的玻璃着色、析晶等问题也更严重,但其折射率可达到1.8-2.0,同时具有比超重(铅)火石玻璃更低的色散,为超大光圈摄影镜头的研发提供了无可替代的便利。徕卡著名的Noctilux 50mm F/1.0所倚赖的“PKT58”玻璃(900403)即属此类。由于含大量的镧和钽,重镧火石玻璃质地坚硬耐磨,化学性质不活泼,属于耐水耐酸性能最为优异的光学玻璃。近年来,随着氧化钽价格不断上涨,各主要光学玻璃供应商也开发出用更廉价、低比重的稀土元素氧化物代替氧化钽的产品,并维持基本的规格参数不变。

无铅光学玻璃不含对环境有毒害的铅、砷、镉、铍等元素。为区别于同规格的非环保玻璃,通常在玻璃牌号前加字母表示环保化。例如肖特(Schott)厂的N标志,小原(Ohara)厂的S标志,及成都光明(CDGM)厂的H标志。对于摄影镜头常用的玻璃而言,铅主要用于提升玻璃的色散,并改善过渡金属氧化物在熔体中的溶解性。因此,在环保化过程中,配方受影响最大的为超重火石玻璃,次为具有短波异常色散性能的特种火石玻璃(Short Flint)。超重火石所含氧化铅的质量分数常超过20%,替换为二氧化钛后通常对于400nm附近的蓝紫光透过能力有较明显的损失,故不得不加入价格较昂贵的五氧化二铌。同时,在部分厂家的工艺中,为保持含铅、无铅版本的折射率与阿贝数一致,有时需要引入氟元素。对于特种火石玻璃,由于去除了配方中占比约10%的氧化铅,故不能维持氧化硼三角形骨架与四面体骨架的比例,必须改换为含五氧化二铌、三氧化二锑等材料的配方,形成玻璃的配方范围变窄,且成本增加。此类玻璃在非环保时代以肖特KzF(含三氧化二锑与三氧化二砷为主要修饰成分)、KzFS(以氧化硼和氧化铅为主要成分)系列为代表,但今日已改换配方为以五氧化二铌为核心成分的N-KzFS系列。

此类玻璃系含氟化物与磷酸盐的特种玻璃,具有折射率低、阿贝数较高(色散较低)、部分色散显著异于常规光学玻璃等特点,对于大口径摄影镜头的色散修正有明显的帮助。但是,此类玻璃因为含较多的氟化物,很容易在熔炼过程中出现挥发,导致成分不稳定。玻璃含较多的磷酸盐,耐水、耐酸性能极差。同时,玻璃材料硬度、机械强度都较低,研磨抛光难度较大。

化学成分和光学性质相近的玻璃,在阿贝图上也分布在相邻的位置。肖特玻璃厂的阿贝图有一组直线和曲线,将阿贝图分成许多区,将光学玻璃分类;列如冕牌玻璃K5、K7、K10在K区,燧石玻璃F2、F4、F5在F区。玻璃名称中的符号:

国际玻璃码用九位数字表示,形式为:xxxxxx.xxx;

例如K10玻璃

例如:

相关

  • 苯佐卡因苯佐卡因(Benzocaine),又称“阿奈斯台辛”(Anaesthesine),学名对氨基苯甲酸乙酯。无色或白色斜方结晶粉末。无臭,味微苦,后有麻醉感。遇光逐渐变色。难溶于水,微溶于脂肪油,溶于稀酸、
  • 第一代头孢菌素(法语:Cephalosporine、英语:Cephalosporin),又名先锋霉素,是一系列属于β内酰胺类的抗生素。与头霉素一并细分为头孢烯。头孢菌素化合物最初是于1948年,由意大利科学家Giu
  • 柔道柔道是在1882年由日本人嘉纳治五郎创立的日本武术。它一般被归类于现代武术,后期慢慢演变为博击运动及被纳入奥运会比赛项目之一。柔道最特殊的的一点是其比赛的方式,目的是将
  • 森林砍伐森林砍伐,或称森林开伐、去森林化(Deforestation)、森林破坏,意为人为的将森林地转成耕地、牧场、城市等用地的行为。一般来说,森林开伐会造成环境退化和物种多样性的减少。许多
  • 弗里德曼方程弗里德曼方程(英文:Friedmann equations)是广义相对论框架下描述空间上均一且各向同性的膨胀宇宙模型(英语:Metric expansion of space)的一组方程。它们最早由亚历山大·弗里德曼
  • 桌,又称台,是家具的一种,由一个平面及支架组成,用作盛载物件之用。桌通常与椅一起出现。另外,桌可能有抽屉,例如书桌、写字台、麻将台、梳妆台等,也很普遍。台式电脑流行,不少的书桌
  • 教务专约《1801年教务专约》(法语:Régime concordataire français)的签订者为法兰西第一共和国第一执政拿破仑与教宗庇护七世,签定时间为1801年7月15日。于巴黎和罗马两地分别签订的该
  • 形而上自然主义对宗教的批评 · 自由思想 反教权主义 · 反宗教 虚构宗教形而上自然主义,哲学学派之一,认为除了被自然科学研究的与我们所理解的物质世界相关的物、力、因以外凡是理论上不
  • 稀薄燃烧稀薄燃烧是一种内燃机的引擎工作方式。其空燃比可以达到65:1,这比化学计量法的比值(汽油为14.7:1)高得多,每次燃烧使用的燃料更少,使得发动机效率更高、更经济、环保。
  • 领事裁判权领事裁判权(英语:consular jurisdiction)即在一国家内,非该国籍人士在当地犯罪,可不接受该国法律审判,而审判权归属于外国派来的领事官(外交官)。这种特权在国际惯例上,仅交给外交官,