光学玻璃

✍ dations ◷ 2025-11-11 21:57:41 #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

  • 气体分压气体分压(英语:partial pressure)指的是当气体混合物中的某一种组分在相同的温度下占据气体混合物相同的体积时,该组分所形成的压力。比如将一瓶空气中的氮气、二氧化碳和稀有气
  • 威尔金森杰弗里·威尔金森爵士(英语:Sir Geoffrey Wilkinson,1921年7月14日-1996年9月26日),英国化学家,皇家学会院士(Fellows of the Royal Society, FRS)。因对金属有机化合物的研究与德
  • 齐 康齐康(1931年10月26日-)原名齐毓康,原籍浙江天台,生于江苏南京,建筑学家、建筑教育家,东南大学教授,东南大学建筑设计研究院总顾问,中国科学院院士,法国建筑科学院外籍院士,国家建筑设计
  • 劳尔·杜飞拉乌尔·杜菲(法语:Raoul Dufy,1877年6月4日-1953年3月23日),又译杜飞,是一位法国画家。他擅长风景和静物画,早期作品先后受印象派和立体派影响,终以野兽派的作品著名。其作品运用单
  • 十字路口行动坐标:11°36′N 165°30′E / 11.6°N 165.5°E / 11.6; 165.5十字路口行动(英语:Operation Crossroads)是美国在1946年于比基尼环礁进行的核试行动。此次行动一共进行两次核试,
  • 内格罗河内格罗河(西班牙语:Río Negro)是阿根廷的河流,河道全长635公里,集水区面积132,275平方公里,由利迈河和内乌肯河汇流而成,流经内格罗河省和布宜诺斯艾利斯省,最终注入大西洋。
  • ATC代码 (J01)A·B·C·D·G·H·QI·J·L·M·N·P·R·S·VATC代码J01(抗菌药)是解剖学治疗学及化学分类系统的一个药物分组,这是由世界卫生组织药物统计方法整合中心(The WHO Collaboratin
  • 塞纳-瓦兹省塞纳-瓦兹省(法语:Département de la Seine-et-Oise)是法国历史上的一个省份,编号78,得名于塞纳河与瓦兹河。该省设立于1790年,是最早设立的83个省份之一。所辖区域是此前法兰西
  • STAT31bg1· DNA binding · sequence-specific DNA binding transcription factor activity · signal transducer activity · ligand-activated sequence-specific DNA bin
  • 约瑟夫·冯·艾兴多夫约瑟夫·冯·艾兴多夫男爵(德语:Joseph Freiherr von Eichendorff,1788年3月10日 – 1857年11月26日),德国诗人,小说家。约瑟夫被视为德国最重要的浪漫主义作家,他的作品从诞生之初