光學玻璃是光電技術產業的基礎和重要組成部分，其構成的部件是光學儀器中的關鍵性元件。狹義的光學玻璃是指無色光學玻璃。
基本介紹
- 中文名：無色光學玻璃
- 色散係數：υd=（nd-1）/(nF-nC)
- 應力光學係數：δ=B·d·F
- 應變點：玻璃粘度為1014.5d pa·s
分類命名,光學性能,化學性能,熱學性能,機械性能,玻璃質量指標,輻射性能,供貨形式,光學玻璃塊料,光學玻璃條料,其它,相互檢索目錄,
分類命名
光學玻璃牌號分類
根據折射率nd和色散係數υd在nd-υd領域圖中的位置和玻璃組成，無色光學玻璃按表1分為16類。
表1
玻璃類別名稱 | 代 號 | 玻璃類別名稱 | 代 號 |
氟冕玻璃 | FK | 輕火石玻璃 | QF |
輕冕玻璃 | QK | 火石玻璃 | F |
冕玻璃 | K | 鋇火石玻璃 | BaF |
磷冕玻璃 | PK | 重鋇火石玻璃 | ZBaF |
鋇冕玻璃 | BaK | 重火石玻璃 | ZF |
重冕玻璃 | ZK | 鑭火石玻璃 | LaF |
鑭冕玻璃 | LaK | 重鑭火石玻璃 | ZLaF |
冕火石玻璃 | KF | 特種火石玻璃 | TF |
光學玻璃牌號命名
每種光學玻璃牌號按其所屬的玻璃類別名稱的代號再加序號組成。此外，還用六位數字作代碼來表征每一個牌號，其中前三位數字表示該牌號玻璃折射率小數點後三位數，後三位數字表示該牌號玻璃阿貝數。例如：H-K9L,nd=1.51680,υd=64.20,其代碼為517642。
無鉛、砷、鎘玻璃牌號的命名
無鉛、砷、鎘以及其它放射性元素的玻璃牌號，用“環”字漢語拼音字母的聲母“H”
加“-”作為前綴表示。例如：H-K9L。
低軟化點玻璃牌號的命名
用於模壓成型的低軟化點無鉛、砷、鎘以及其它放射性元素的玻璃牌號，用“低”字漢
語拼音字母的聲母“D” 加“-”作為前綴表示。例如：D-K9L。
高透過玻璃牌號的命名
紫外高透過玻璃牌號,按原有的習慣命名，用“ultraviolet”單詞的首字母“U”作為前綴表示；例如：UQF50。高透過玻璃是在牌號序號後加“High Transmittance” 單詞的首
字母“HT”表示；例如：ZF7LHT。
光學性能
折射率
每個牌號的光學玻璃均按表2所列的12條光譜線給出5位小數的折射率,這些譜線折射率的精密測量按GB/T 7962.11測試方法進行，其測量精度為±3×10-6。
表2 光譜線 | 元素 | 波長（nm） | 光譜線 | 元素 | 波長（nm） |
汞紫外線i | Hg | 365.01 | 氦黃線d | He | 587.56 |
汞紫線h | Hg | 404.66 | 鈉黃線D | Na | 589.29 |
汞藍線g | Hg | 435.84 | 氦氖雷射線 | He-Ne | 632.80 |
鎘藍線F′ | Cd | 479.99 | 鎘紅線C′ | Cd | 643.85 |
氫藍線F | H | 486.13 | 氫紅線C | H | 656.27 |
汞綠線e | Hg | 546.07 | 氦紅線r | He | 706.52 |
色散和阿貝數
中部色散為nF-nC或nF′-nC′。
色散係數（即阿貝數）υd定義如下：
υd=（nd-1）/(nF-nC) ………………………(1)
還列出υe為
υe=（ne-1）/( nF′-nC′)……………………(2)
色散公式
在365～706.5nm光譜範圍內，如果還需知道另外一些波長的折射率，可由下列色散公式算出：
n2=A0+A1λ2+A2λ-2+A3λ-4+A4λ-6+A5λ-8 ……………………………(3)
式中：A0～A5—計算常數（隨玻璃牌號而變，分別列入各牌號性能數據表中）；
λ—波長，μm；
n—所求折射率，n計算精度：在400nm～706.5nm範圍內為±3×10-6；在365nm～400nm範圍內為±5×10-6。
相對部分色散
對波長X和Y的相對部分色散PX,Y用下式表示：
PX,Y =（nx-ny）/(nF-nC)
P′X,Y=（nx-ny）/(nF′-nC′) …………………………(4)
數據表中按牌號給出了Pd,C、Pe,d、Pg,F 和P′d,C′、P′e,d′、P′g,F′值。
根據阿貝公式，對於大多數所謂“正常玻璃”而言，如下的線性關係是成立的：
PX,Y=mX,Yυd+bX,Y ………………………………………(5)
這種直線關係以PX,Y為縱坐標，υd為橫坐標來表示的。式中mX,Y為斜率，bX,Y為截距。
眾所周知，二級光譜的校正，即對兩個以上波長消色差，至少需要用一種不符合公式(5)
的玻璃（即其PX,Y值偏離阿貝經驗公式）。其偏離值用ΔPX,Y表示，則每個PX,Y-υd點相對於符合公式(5)的“正常線”平移了ΔPX,Y量。這樣,各種玻璃牌號的ΔPX,Y數值可用下式求出：
PX,Y=mX,Yυd+bX,Y+ΔPX,Y ……………………………………(6)
因此ΔPX,Y就定量地表示了與“正常玻璃”相比時的特殊色散的偏離特性。
我們選H-K6和F4作為“正常玻璃”，H-K6和F4相對部分色散和阿貝數符合阿貝公式(5)。
數據表中按牌號給出了ΔPg,F、ΔPF,e。它們的計算公式如下：
ΔPF,e=PF,e-0.4894+0.000541υd
ΔPg,F=Pg,F-0.6457+0.001703υd …………………………(7)
應力光學係數B
玻璃中的機械應力會導致光產生雙折射。應力光學係數表示有效應力與應力雙折射產生的光程差之間的關係：
δ=B·d·F ………………………………………(8)
式中：δ—光程差，nm;
B—應力光學係數, /Pa;
d—光在玻璃中通過的路程，cm;
F—施壓應力，Pa。
內透射比τ
內透射比為不包含試樣表面反射損失時的透射比。按GB/T 7962.12規定的方法測量。數據表中給出了各種牌號玻璃5mm、10mm厚的不同波長內透射比值。
著色度（λ80/λ5）
光學玻璃透射光譜特性用著色度（ λ80/λ5 ）表示，按以下方法確定：樣品厚度10mm±0.1mm,λ80是玻璃透射比達到80%時對應的波長，λ5是玻璃透射比達到5%時對應的波長。並以10nm為單位表示。例如：玻璃透射比達到80%時對應的波長為368nm,玻璃透射比達到5%時對應的波長為313nm,著色度λ80/λ5為37/31。
化學性能
光學玻璃元件在製造和使用過程中，其拋光表面抵抗各種侵蝕性介質作用的能力稱為光學玻璃的化學穩定性。
抗潮濕大氣作用穩定性RC（S） (表面法)
80
5
根據對潮濕大氣作用的穩定性，分為三級：
1級—在溫度50℃，相對濕度80%的條件下，玻璃拋光表面形成水解斑點的時間超過20h；
2級—在相同試驗條件下，形成水解斑點的時間在5h～20h之間；
3級--在相同試驗條件下，形成水解斑點的時間不到5h。
抗酸作用穩定性RA（S）(表面法)
根據對酸溶液作用的穩定性，分為三級：
1—在0.1N、溫度50℃的醋酸溶液作用下，玻璃拋光表面的破壞深度達135nm的時間超過5h；
2—在相同試驗條件下，破壞深度達135nm的時間在1h～5h；
3--在相同試驗條件下，破壞深度達135nm的時間不到1h。
耐水作用穩定性DW(粉末法)
按GB/T 17129的測試方法，根據下式計算：
B-C
Dw= ×100 ………………………………………(9)
B-A
式中：Dw 玻璃浸出百分數，%；
B 過濾器和試樣的質量，g；
C 過濾器和浸出後試樣的質量，g；
A 過濾器質量，g。
由計算得出的浸出百分數，將光學玻璃耐水作用穩定性DW分為6類。
類別 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
浸出百分數（DW） | <0.04 | 0.04～0.10 | >0.10～0.25 | >0.25～0.60 | >0.60～1.10 | >1.10 |
耐酸作用穩定性DA(粉末法)
按GB/T 17129的測試方法，根據下式計算：
B-C
D= ×100 ……………………………… (10)
A B-A
式中：DA 玻璃浸出百分數，%；
B 過濾器和試樣的質量，g；
C 過濾器和浸出後試樣的質量，g；
A 過濾器質量，g。
由計算得出的浸出百分數，將光學玻璃耐酸作用穩定性DA分為6類。
>1.20～2.20 | >2.20 | 浸出百分數（DA） | <0.20 | 0.20～0.35 | >0.35～0.65 | >0.65～1.20 |
類 別 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
熱學性能
熱膨脹係數α
光學玻璃熱膨脹係數是指一定溫度範圍內溫度升高1℃時玻璃每單位長度的伸長量。
按GB/T 7962.16規定的方法進行測量，試驗測出的是玻璃的平均熱膨脹係數，見圖2。數據表中給出了+20℃～+120℃和+100℃～+300℃的平均熱膨脹係數。
轉變溫度Tg
光學玻璃在某一溫度區間會逐漸由固態轉變成可塑態。其轉變溫度Tg是指玻璃試樣從室溫升溫至馳垂溫度TS，其低溫區域和高溫區域伸長直線部分延長相交的交點所對應的溫度，見圖2。按GB/T 7962.16規定的方法進行測量。
馳垂溫度TS
如圖2所示，馳垂溫度TS是指玻璃試樣在升溫過程中停止膨脹時的溫度。按GB/T7962.16
規定的方法進行測量。
ΔL
+100℃～+300℃
+20℃～+120℃
Tg Ts T
應變點T1014。5
應變點是玻璃粘度為1014.5d pa·s（或1013.5pa·s）時的溫度。即幾小時內可消除玻璃內應力的溫度。
退火點T1013
退火點是玻璃粘度為1013dpa·s（或1012pa·s）時的溫度。即幾分鐘內可消除玻璃內應力的溫度，也即玻璃退火上限溫度。
機械性能
楊氏模量E、剪下模量G和泊松比μ
ρρ×−××−=2234llVGVGGE ……………………………………………(11)
………………………………………………………(12) ρ×=2sVG
12−=GEμ ………………………………………………………(13)
式中：
E—楊氏模量,Pa;
G—剪下模量,Pa;
μ—泊松比;
V l — 縱波速度;
Vs—橫波速度;
ρ—玻璃密度,g/cm3。
Knoop硬度 HK
Knoop硬度按GB/T 7962.21規定的測試方法測量。該方法採用對稱稜角為172°30′和
130°的四角錐金鋼石壓頭，給其施加一定負荷垂直壓在試樣上，保持一定時間後，撤去負荷，用顯微鏡觀察並測量試樣上壓痕長對角線的長度，按下列公式計算Knoop硬度：
HK = F/(0.07028·L2) ………………………………………(14)
式中：
F—負荷，N;
L—壓痕長對角線的長度,m;
HK Knoop硬度,Pa。
磨耗度FA
磨耗度是指：將試樣壓緊在旋轉圓盤上，邊加磨料邊研磨，在相同條件下，試樣的磨損減少量與標準試樣的磨損減少量（體積）之比，乘以100後所得的數值，可用公式表示如下：
W/ρ
FA = ×100 ………………………………………………(15)
W0/ρ0
式中：
FA：磨耗度
W：試樣的磨損減少質量，g；
W0：標準試樣的磨損減少質量，g；
ρ：試樣的密度，g/cm3；
ρ0：標準試樣的密度g/cm3。
密度ρ
光學玻璃的密度指20℃以下單位體積的質量。光學玻璃的密度按GB/T 7962.20規定的方法進行測量。單位以g/cm3表示。
玻璃質量指標
折射率nd和阿貝數υd允許偏差
折射率nd和阿貝數υd與標準值的允許偏差分為3級，見表5
表5
級別 | 折射率允許偏差Δnd | 級別 | 阿貝數允許偏差Δυd% |
1 | ±30×10-5 | 1 | ±0.5 |
2 | ±50×10-5 | 2 | ±0.8 |
3 | ±100×10-5 | 3 | ±1.0 |
註：如用戶有特殊要求可按契約供貨。 | |||
光學玻璃折射率和阿貝數按GB/T 7962.1規定的測試方法進行測量。折射率測量精度為
±3×10-5,中部色散的測量精度為±2×10-5。
光學均勻性
6.2.1 尺寸小於150mm的玻璃毛坯
尺寸小於150mm的玻璃毛坯的光學均勻性按GB/T 7962.2規定的測試方法進行測量。該方法是根據放在平行光管光束中的玻璃試樣引起該裝置解析度的變化而規定的。如果平行管給出具有理論解析度α0的象，而當玻璃試樣放入後，解析度增至α，那么玻璃的不均勻性可用其比值α/α0來表示，分為4級，見表6。
表6
級 別 | α/α0 | 星 點 圖 象 |
1 | 1.0 | 中央是一個明亮的圓斑，外面是些同心的圓環，這些圓環無斷裂，尾翹、畸角及扁圓變形現象。 |
2 | 1.0 | 中央是一個明亮的圓斑，外面是一些變形的圓環，圓環同樣無斷裂，尾翹、畸角等現象。 |
3 | 1.1 | ---- |
4 | 1.2 | ---- |
6.2.2 尺寸大於150mm的玻璃毛坯
尺寸大於150mm的玻璃毛坯的光學均勻性以一塊玻璃中各部分折射率偏差最大值Δnmax來表示，按GB/T 7962.4規定的測試方法進行測量，分為4級，見表7。
表7
級 別 | Δnmax |
H1 | ±2×10-6 |
H2 | ±5×10-6 |
H3 | ±10×10-6 |
H4 | ±20×10-6 |
應力雙折射
中部應力
玻璃毛坯應力雙折射以最長邊中部單位長度上的光程差δ表示，按GB/T 7962.5規定的測試方法進行測量，分為5級，見表8。
表8
級別 | 玻璃中部光程差δ（nm/cm） |
1 | 2 |
1a | 4 |
2 | 6 |
3 | 10 |
4 | 40(粗退火條料) 60(粗退火板料) |
邊緣應力
玻璃毛坯應力雙折射以其距邊緣5%直徑或邊長處單位厚度上的最大光程差δmax表示，按GB/T 7962.6規定的測試方法進行測量，分為5級，見表9。
表9
級 別 | 玻璃中部光程差δmax（nm/cm） |
S1 | 3 |
S2 | 5 |
S3 | 10 |
S4 | 20 |
S5 | 80 |
條紋度
條紋用點光源和透鏡組成的條紋檢查儀，從最容易看見條紋的方向上，與標準試樣作比較檢查，分為3級，見表10。
表10
級別 | 條 紋 程 度 |
A | 無肉眼可見的條紋 |
B | 有細而分散的條紋 |
C | 有輕微的平行條紋 |
氣泡度
光學玻璃氣泡質量按GB/T 7962.8規定的測試方法進行測量，玻璃中允許氣泡含量等級是由100cm3玻璃中所含氣泡（直徑φ≥0.05mm～2mm）的總截面積來確定，分為7級，見表11。結石、結晶體及其它夾雜物也作氣泡計算。扁長氣泡取最長軸和最短軸的算術平均值為直徑計算截面積。
表11
級別 | 直徑φ≥0.05mm氣泡總截面積(mm2/2500px3) |
A00 | ≤0.003～0.03 |
A0 | >0.03～0.10 |
A | >0.10～0.25 |
B | >0.25～0.50 |
C | >0.50～1.00 |
D | >1.00～2.00 |
E | >2.00～4.00 |
光吸收係數
光吸收係數用球形光度計按GB/T 7962.9規定的測試方法進行測量，玻璃光吸收係數等
於1cm光路上被玻璃吸收的白光光通量與開始進入該光路前入射光光通量之比，分為8級，見表12。
表12
級別 | 光吸收係數不大於 | 級別 | 光吸收係數不大於 | |
00 | 0.001 | 3 | 0.008 | |
0 | 0.002 | 4 | 0.010 | |
1 | 0.004 | 5 | 0.015 | |
2 | 0.006 | 6 | 0.030 |
輻射性能
一類對γ射線輻射穩定（不變色）的光學玻璃，稱為耐輻射玻璃。這類玻璃是在普通光學玻璃配方基礎上加入少量其它氧化物熔制而成。因此它們具有對應普通光學玻璃相同的光學常數值，其牌號序號按對應普通光學玻璃牌號序號加上500構成，例如K9玻璃，其對應耐輻射玻璃牌號為K509。
耐輻射玻璃的耐輻射性能用劑量為105R(即25.8C/kg)的γ射線輻射，每厘米厚度上光密度增量ΔD來表示，或用等效上述劑量的X射線輻射後每厘米厚度上光密度增量ΔD1來表示，見表13。
供貨形式
光學玻璃塊料
兩大面細磨，其餘四面粗磨，邊、角稍倒棱，經精退火。
表13
光學玻璃條料
切斷面為自然透明面，其餘四面為自然成型面，經粗退火或精退火。
光學玻璃壓型坯料
光學玻璃一次壓型坯料
一次壓型坯料是通過熔煉直接滴料壓製成型的坯料，經精退火。
光學玻璃二次壓型坯料
二次壓型坯料是再次加工熱壓成型，經精退火。規格尺寸公差見表14。
光學玻璃果形料（或稱Gobs料）
果形料（或稱Gobs料）是一種截面積幾乎為圓形的毛坯，重量或體積按客戶需要確定，未經精退火。
其它
客戶提出的特殊要求的、大規格的玻璃。
表14
相互檢索目錄
本目錄光學玻璃相互檢索表中的牌號相等僅指玻璃代碼構成相等，而玻璃組分CDGM、HOYA、OHARA、SCHOTT和SUMITA是不同。
