光学特种玻璃|特高折射率光学玻璃

特种光学玻璃

为了消除光学系统的高级球差以及扩大其视场与孔径角，要求扩大玻璃折射率与色散系 数的变化范围。而为了消除二很光谱，又要求具有特殊相对部分色散的玻璃品种。可将特种 光学玻璃按光学系统设计的不同要求，分为以下三个方面：①为扩大折射率差值而发展的超 高折射率和特低折射率玻璃；②为扩大阿贝数差值而发展的高折射率、低色散与低折射率、 高色散玻璃；③为消除二级光谱而发展的特殊相对部分色散光学玻璃。

特高折射率光学玻璃

特高折射率玻璃主要指折射率在1.9以上的重火石玻璃。它在一些光学玻璃目录中单独 成为一个品种，也称为超重火石或特重火石玻璃。从各氧化物在玻璃中的部分性质可知，为了提高％及外一 TZc，除了必要的玻璃生成体氧化物外，加入玻璃中的主要氧化物为PbO、B₂0₃、Ti0₂及Ta₂〇₅等。

PbO是重火石玻璃的主要组成，图14-5表示二元系统 Pb0-Si0₂、PbO-B₂ 0₃、PbO-P₂ Os 玻璃中随 PbO 含量的 增加折射率的变化。从图14-5中可以看出，制造高折射率 玻璃较适宜的玻璃生成体氧化物为B₂0₃与Si〇₂。相当于 PbO • Si〇₂、PbO • B2O3及Pb〇• P2O5化学组成玻璃的光学常数

在已知的玻璃成分中，更有实际意义的当推PbO-Bi₂〇₃-Si0₂与Pb0-Bi₂0₃-B₂0₃等三元系统。今冈稔测TPbO-Bi₂0₃-B₂O3系统玻璃密度与光学常数。

实际上已定型的高折射率玻璃如前苏联CTAl (〃_D = 2.0361, y=18. 1),德国 SFS-1 (n_D = l. 9229, t；=20.9)等，其成分皆以大量的PbO为主体，少量的Si〇₂及氏0₃作为玻璃生成体，同时加人一定 量的Ti〇₂及Bi₂〇₃。为了改善玻璃物化性能，有时也添加少量的二价氧化物如BaO、ZnO、 CdO等。表14-16综合了高折射率玻璃成分的某些专利报道。

关于碲酸盐玻璃二元及三元系统玻璃的生成范围、玻璃结构进行了大量的研究，讨论了碲酸盐玻璃的结构及玻璃形成规律。Te0₂本身不形成玻璃，加入其他氧化物后，却 能在很广的成分范围内形成玻璃。从研究具体高折射率玻璃而言，有意义的氧化物是 BaO、PbO、Bi₂0₃、W0₃, Ta₂〇₅、Nb₂0₅等。W0₃在碲酸盐玻璃中具有特殊的作用，不少研究者认为W0₃在碲酸盐玻璃中不是网络外体，Te0₂-W0₃系统本身的生成玻璃范 围很广[TeC)₂含量为65%〜94%(摩尔分数）]，在R_w0„-W0₃-Te0₂三元系统中，W()₃ 能扩大生成玻璃范围。其他具有较广的生成玻璃范围的氧化物是碱金属氧化物、氧化锌 及氧化铊。

在三元系统性质研究的基础上，曾出现了一些碲酸盐玻璃产品，如用于声光偏转的碲酸 盐玻璃 AOT₅，n_D = 2. 102, u= 18. 0； AOT44B，n_D = 1. 980, u = 20. 58₀ 其基本成分是Te0₂-W0₃-Li₂0。利用引入少量Li₂〇以增高玻璃在析晶方面的稳定性。基础成分是Te0₂- W0₃-Bi₂0₃(Ti0₂，PbO)的碲酸盐玻璃，t2_D = 2.1614，n_F~n_c-0. 06674, t；=17.4。

碲酸盐玻璃具有特高折射率，但其使用性质并不十分优越，与重铅玻璃相似，可见区光 线的透过截止波长较长，约为390〜410nm，玻璃呈现出黄色。由于折射率高、反射损耗 大，450〜500nm的透过率在70%〜75%左右。红外区2. 7〜3. 6^m处也存在着氢氧根引起 的吸收。玻璃的热膨胀系数较大，一般都在130X10-⁷/°C以上；硬度较低。在实际使用中， 可在光学零件表面涂膜，二氧化硅的折射率的平方恰与碲酸盐玻璃的折射率相近，可作为减 少碲酸盐玻璃反射损失的膜层材料。