在光学系统中,把能改变光的传播方向,并且能够改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的玻璃称为光学玻璃。光学玻璃可用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜及窗口等,由光学玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件,其性能直接影响光学系统的成像质量。
根据不同的要求,可把光学玻璃分为三类:
(1)无色光学玻璃——在可见及近红外相当宽广波段内几乎是全透明的,是使用量最大的光学玻璃。
(2)耐辐射光学玻璃——具有无色光学玻璃的各项性质,并能在放射性照射下基本不改变性能。
(3)有色光学玻璃——对某些波长的光具有特定吸收或透射性能。
光学玻璃在狭义上指的就是无色光学玻璃,最早按照氧化铅含量划分为冕牌玻璃和火石玻璃,低于3%的为冕牌玻璃,高于3%的为火石玻璃;后来随着玻璃种类的增多改用折射率和色散系数来划分,冕牌玻璃折射率通常小于1.6,色散系数(也称阿贝数,数值越大,色散越小)大于50,火石玻璃则相反。
冕牌玻璃(crown glass 缩写中最后一个字母为K):它是由包含大约10%的碱石灰硅酸盐的氧化钾所组成,有着较低的折射率(大约是1.52)和较低的色散(阿贝数大约为60)。
其简单制作流程为:先把玻璃液吹成一个皇冠状或者空心球状,再放在在一个快速旋转的平板中心重新加热,利用离心力将其展开铺平,形成一块直径1.5米左右的玻璃圆板,较为平薄的边缘就切成合适的形状做窗玻璃,中间的圆形凸起就是透镜的雏形了。
图1 冕牌玻璃
除了以具体材料命名的冕牌玻璃以外,有些光学玻璃也有着与其相似的性质。通常,只要阿贝数在50 - 85之间的玻璃,如肖特硼硅酸盐玻璃(BK7)等 , 就可以说是一种很常见、用在精密透镜上的冕牌玻璃。用于冕牌玻璃的其它添加物还有氧化锌、五氧化二 _磷、氧化钡、 和萤石等。
火石玻璃(Flint glass 也译作燧石玻璃,缩写以F结尾):它是用二氧化硅、氧化钾(K2O)和氧化铅(PbO)等原料熔炼而成,其特点是折射率高,色散大。
在十七世纪中叶,英格兰东南部白垩纪沉积层中的火石矿被广泛用于制造铅玻璃(火石含铅量通常为4%-60%),故名火石玻璃。但是这种玻璃在生产和处理过程中会对环境造成污染,现在一般用二氧化钛、氧化锆等替代。
图2 火石玻璃
火石玻璃的缺点是硬度比较低,用小刀就可以划出划痕,并且不稳定,容易发霉或者被腐蚀,同时它的价格也比冕牌玻璃要贵得多。
火石玻璃主要用于光学仪器工业,磨制各种透镜和棱镜,在玉石行业和工艺品制造行业中,火石玻璃的高折射率和大色散非常有用,例如,用它磨成的假玉石不仅特别光亮,而且因色散大会从玉石内反射出五颜六色的彩色闪光。
(1)冕牌玻璃名称缩写中含有字母K,火石玻璃名称字母中含有字母F,故可以首先看玻璃名称,含有K的为冕牌玻璃,含有F的为火石玻璃。
(2)如果玻璃名称中既有K又有F,就看玻璃的阿贝数,数值大于50的为冕牌玻璃,数值小于50的为火石玻璃。