最新光学镜片知识整理.docx

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最新光学镜片知识整理

镜片知识整理

一、光学材料

透射材料分为光学玻璃、光学晶体和光学塑料三大类，它们的光学特性主要由其对各种色光的透过率和折射率决定。

Ø光学玻璃

光学玻璃是最常用的光学材料，其制造工艺成熟，品种齐全。

一般光学玻璃能透过波长为0.35~2.5μm的各种色光，超出这个波段范围的光将会被光学玻璃强烈地吸收。

Ø光学晶体

光学晶体的透射波段范围一般比光学玻璃更宽，其应用日益广泛。

Ø光学塑料

光学塑料是指可用来代替光学玻璃的有机材料，因其具有价格便宜、密度小、重量轻、易于模压成型、成本较低、生产效率高和不易破碎等诸多优点，近年来已在一些中低档的光学仪器中逐步取代光学玻璃。

主要缺点：

热膨胀系数和折射率的温度系数比光学玻璃大得多，制成的光学元件受温度影响大，成像质量不稳定。

　镜片的主要材料有：

无色光学玻璃（GB903-87）、有色光学玻璃、红外光学材料、晶体材料、玻璃态材料和塑性材料等多种光学材料。

二、无色光学玻璃

玻璃——下述所有无定形物都称为玻璃：

与化学成份与固化温度区域无关，它们通过熔体过冷方法获得，由于粘度的增加而具有固体的机械性质，并且由液态向玻璃态转变过程是可逆的。

光学玻璃与普通玻璃的主要区别：

前者具有高度的透明性、物理及化学性质高度均匀性及特定和精确的光学常数

一般来讲玻璃的主要成分是二氧化硅（SiO2）,又称石英砂。

玻璃的生产流程

玻璃的生产工艺包括：

配料、熔制、成形、退火等工序。

分别介绍如下：

§1．配料。

玻璃的主要原料有：

石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等。

§2．熔制，将配好的原料经过高温加热，形成均匀的无气泡的玻璃液。

玻璃的熔制温度大多在1300~1600゜

§3．成形，是将熔制好的玻璃液转变成具有固定形状的固体制品。

§4．退火，退火就是在某一温度范围内保温（500度）或缓慢降温一段时间以消除或减少玻璃中热应力到允许值。

1．系列、类型和牌号

1.1系列

无色光学玻璃分为两个系列:

A.普通光学玻璃系列（P系列），其牌号序号由1—99；

B.耐辐射光学玻璃系列（N系列），其牌号序号由501一599。

1.2类型

1.2.1光学玻璃牌号分类

光学玻璃按色散系数（阿贝数）的大小分为冕牌及火石玻璃。

大致分界线为色散系数v=50。

如德国规定：

n<1.6,v>50为冕牌类，其余为火石类。

我国的光学玻璃标准规定有K代表冕牌玻璃，F代表火石玻璃。

每一大类又可进一步细分，第一品种在n-v图中占一定的区域。

冕牌玻璃及火石玻璃下，按折射率的高低分成小类从低到高有“轻”、“重”之分，分别用”Q””Z”表示；特殊色散性能的玻璃用T表示。

根据折射率nd和色散系数Vd在。

Nd-Vd领域图（见附录C）中的位置，无色光学玻璃按表1分为18种类型。

表1：

无色光学玻璃类型

玻璃类型

玻璃牌号

代号

名称

代号

名称

氟冕玻璃

轻火石玻璃

轻冕玻璃

火石玻璃

冕玻璃

BaF

钡火石玻璃

磷冕玻璃

ZBaF

重火石玻璃

BaK

钡冕玻璃

重火石玻璃

重冕玻璃

LaF

褴火石玻璃

LaK

镧冕玻璃

ZLaF

重镧火石玻璃

特冕玻璃

TiF

钛火石玻璃

冕火石玻璃

特种火石玻璃

1.2.2光学玻璃牌号命名

每种光学玻璃牌号按其所属的玻璃类别名称的代号再加序号组成。

此外，还用六位数字作代码来表征每一个牌号，其中前三位数字表示该牌号玻璃折射率小数点后三位数，后三位数字表示该牌号玻璃阿贝数。

例如：

H-K9L,nd＝1.51680,υd＝64.20,其代码为517642。

1.2.3无铅、砷、镉玻璃牌号的命名

无铅、砷、镉以及其它放射性元素的玻璃牌号，用“环”字汉语拼音字母的声母“H”加“-”作为前缀表示。

例如：

H-K9L。

1.2.4低软化点玻璃牌号的命名

用于模压成型的低软化点无铅、砷、镉以及其它放射性元素的玻璃牌号，用“低”字汉语拼音字母的声母“D”加“-”作为前缀表示。

例如：

D-K9L。

1.2.5高透过玻璃牌号的命名

紫外高透过玻璃牌号,按原有的习惯命名，用“ultraviolet”单词的首字母“U”作为前缀表示；例如：

UQF50。

高透过玻璃是在牌号序号后加“HighTransmittance”单词的首字母“HT”表示；例如：

ZF7LHT。

1.3牌号

各牌号玻璃的折射率Nd、中部色散Nf一Nc及色散系数Vd的标准数值按下表的规定。

2．质量指标、类别和级别

2.1质量指标

玻璃按下列各项质量指标分类和分级:

a.折射率、色散系数与标准数值的允许差值，

b.同一批玻璃中，折射率及色散系数的一致性，

c.光学均匀性，

d.应力双折射;

e.条纹度，

f.气泡度，

g光吸收系数，

h.耐辐射性能（N系列玻璃）。

2.2分类分级

2.2.1折射率、色散系数

（1）根据折射率及色散系数与标准数值的允许差值，玻璃按表3和表4各分为6类。

表3无色光学玻璃折射率允许差值

表4色散系数允许差值

上述两表中的4类仅适用于nd大于1.82的玻璃。

（2）根据同一批玻璃中，折射率及色散系数的最大差值，玻角的一致性按下表分为4级。

表5玻璃一致性的分级

2.2.2光学均匀性

光学均匀性指同一块玻璃中各点折射率的不一致性，是由于退火炉内各处温度不均匀所引起的。

光线通过一块折射率不均匀的玻璃时，会使各部分光程产生不规则的变化，因而影响光学系统的成像质量。

按国家标准规定，当玻璃直径或边长不大于150mm的无色光学玻璃毛坯的光学均匀性用分辨率的比值法表示；玻璃直径或边长为150mm~300mm的无色光学玻璃（称大块光学玻璃）的光学均匀性以一块玻璃中各部位间的折射率微差最大值表示。

（1）玻璃的光学均匀性以分辨率的比值a/a0表示时，按表6分为4类。

表6玻璃光学均匀性的分类

（2）玻璃的光学均匀性以一块玻璃中各部位间的折射率微差最大值Δnmax，:

表示时，按表7分为4类。

2.2.3应力双折射

光学玻璃的内应力是指退火时各处温度不均匀而带来的应力。

其危害为：

A.应力较大时，在光学加工过程中，容易引起玻璃炸裂；即使应力不大时，也容易使光圈变坏。

B.产生与杂散光相类似的影响，造成像质变坏。

C.应力分布不均匀，导致折射率不均匀，使通过玻璃后的光波波面变形，像质也会变坏。

光学玻璃的应力分为中部应力与边缘应力。

按规定，小块玻璃检验中部应力；大块玻璃（直径大于150mm和重量超过3kg）除了检验中部应力，还要检验边缘应力。

（1）玻璃的应力双折射以其最长边中部单位长度上的光程差δ（nm/cm）表示时，按表8分为4类。

（2）玻璃的应力双折射以其距边缘5%直径或边长处单位厚度上的最大光程差δmax（nm/cm）表示时，按表9分为4类。

2.2.4条纹度

条纹是指玻璃内部折射率的局部不均匀，外形如线状条纹，类似于圆柱透镜，引起光线方向的变异，主要是由于光学玻璃熔炼过程中各部分成分不同而引起的。

最易引起条纹的玻璃是ZF类，其次为F、BaF、BaK等。

（1）玻璃用投影条纹仪以规定方向观测时，条纹度按表10分为4类。

（2）根据规定观察玻璃的方向数，玻璃的条纹度按表1分为3级。

表11玻璃条纹度分级

2.2.5.气泡度

玻璃中的气泡相当细微的凹透镜，引起光的散射和折射。

最容易引起气泡玻璃是含有BaO的BaK、BaF和ZK等。

（1）玻璃的气泡度类别根据其直径或最大边长及所含最大气泡的直径，按下图分为3类。

（2）玻璃的气泡度级别根据每100cm3玻璃内允许含有气泡的总截面积（mm2）的大小，按表12分为7级（结石、结晶体及其它内含物亦作为气泡计算。

扁长气泡取最长轴和最短轴的算术平均值为直径计算截面积）。

表12玻璃气泡度分级（mm2/100mm3）

光学玻璃的气泡度级别也可根据每100cm3玻璃内允许含有的气泡数量按下表分为7级。

表13玻璃气泡度分级

结石、结晶体及其它内含物亦作为气泡计算，扁长气泡的直径为最长轴和最短轴的算术平均值。

2.2.6光吸收系数

玻璃的光吸收系数用白光通过玻璃中每厘米路程的内透过率的自然对数的负值表示，按表13分为8类。

2.2.7耐辐射性能

耐辐射光学玻璃的耐辐射性能，用总剂量为1x105R的X射线辐照玻璃后的每厘米厚度上的光密度增量△D1来表示，应符合表14的规定。

3．光学性能

3.1折射率

每个牌号的光学玻璃均按表2所列的12条光谱线给出5位小数的折射率,这些谱线折射率的精密测量按GB/T7962.11测试方法进行，其测量精度为±3×10-6。

4．化学性能

光学玻璃元件在制造和使用过程中，其抛光表面抵抗各种侵蚀性介质作用的能力称为光学玻璃的化学稳定性。

4.1抗潮湿大气作用稳定性RC（S）（表面法）

根据对潮湿大气作用的稳定性，分为三级：

1级—在温度50℃，相对湿度80％的条件下，玻璃抛光表面形成水解斑点的时间超过

20h；

2级—在相同试验条件下，形成水解斑点的时间在5h～20h之间；

3级--在相同试验条件下，形成水解斑点的时间不到5h。

4.2抗酸作用稳定性RA（S）（表面法）

根据对酸溶液作用的稳定性，分为三级：

1级—在0.1N、温度50℃的醋酸溶液作用下，玻璃抛光表面的破坏深度达135nm的时间

超过5h；

2级—在相同试验条件下，破坏深度达135nm的时间在1h～5h；

3级--在相同试验条件下，破坏深度达135nm的时间不到1h。

4.3各种氧化物对玻璃性质的影响

常熔炼玻璃都加入其它物质，以改善玻璃的性能和满足光学需要。

各种氧化物对玻璃性质的影响见下表。

5.光学玻璃的物理参数

·Vd阿贝数四位有效数字

·nd折射率七位有效数字

·Ve四位有效数字

·ne七位有效数字

·玻璃的密度.四位有效数字

·玻璃的透明度.四位有效数字

·折射率随着温度变化的系数三位有效数字

国际玻璃码

国际玻璃码用九位数字表示，形式为：

xxxxxx.xxx;

·头三位数字代表折射率nd小数点后头三位数。

·下三位数字代表阿贝数Vd头三位数，不计小数点。

·小数点后的三位数代表玻璃的密度，不计小数点

例如K10玻璃

·nd=1.50137小数点后头三位数=501

·Vd=56.41头三位数，不计小数点=564

·密度=2.52；不计小数点=252

K10的国际玻璃码是501564.252

6．玻璃牌号对照表

中国牌号

西德牌号

苏联牌号

日本牌号

FK1

FK52

─

FK2

FK51

─

QK1

FK1

ЛК6

FC1

QK2

FK4

ЛК5

─

QK3

FK5

ЛК3

FC5

K11

КФ5

─

BK4

К2

─

BK5

─

ZK7

─

BK1

К3

BSC1

К6

К14

─

BK7

К8

BSC7

K10

КФ4

K11

BaLK1

К20

BaCL1

K12

ZK5

К15

ZnC5

K13

BK10

─

K14

BK3

К1

BSC3

K15

PK2

─

PC2

K16

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