光学玻璃的均匀性

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1、------------------------------------------作者xxxx------------------------------------------日期xxxx光学玻璃的均匀性【精品文档】技术资料资料来源：SCHOTT翻译：袁晓曲资料26：光学玻璃的均匀性0.简介SCHOTT提供的加工过的光学玻璃，其均匀性可高达H5级。可实现的均匀性主要取决于玻璃型号和尺寸。大多数交付的光学玻璃的均匀性能达到H2级或更好。N－BK7就是一种高均匀性的玻璃，可进行大量生产，尺寸大于300mm，均匀性为H2甚至更好。N－BK7的尺寸如果小于1

2、50mm，大批量提供的产品甚至可以达到H5级。光学玻璃最重要的性质之一就是材料折射率的空间均匀性极好。一般而言，人们能够从玻璃均匀性中区分材质折射率的整体或大范围均匀性【精品文档】【精品文档】以及小范围的偏离。条纹就是玻璃均匀性在空间上小范围的变化。小范围变化的范围大约是0.1mm到2mm（条纹的更多信息见Tie25）。但是，折射率空间上大范围的整体均匀性则覆盖了整块玻璃。整体非均匀性的产生有3个原因：l熔炼工艺：光学玻璃采用连续熔炼工艺生产。熔炼过程中化学组分的梯度会导致折射率的非均匀性。梯度产生的原因是特殊组分的表面挥发和/或者与模具材料接触的部分熔

3、化物发生了反应。由于连续熔炼和浇铸过程中的工艺控制，观察到的折射率只是一个时间函数。在不同时间从浇铸中得到的那些具有最高均匀性的玻璃，其折射率在时间上几乎不变。l由于热均衡导致的密度变化：密度变化取决于玻璃的热历史。在较高温度，实现均衡密度所用的时间小于较低的温度。在转变温度Tg附近，不同温度实现的均衡密度是不同的。接近Tg温度时，不受控制的玻璃冷却将产生折射率的空间不均匀性。在光学玻璃生产中，连续的精密退火避免了这种不均匀性。为了避免热梯度，玻璃应从稍高于Tg温度的地方开始缓慢冷却。为了获得高均匀性，大尺寸光学玻璃的精密退火是一个非常花费时间的过程。l

4、在冷却过程中由于温度梯度导致的永久性应力。【精品文档】【精品文档】随着对折射率均匀性要求的不断增长，根据ISO标准10110第4部分[5]节，玻璃的折射率均匀性可分为5级。单个部件的SCHOTT均匀性级别H1-H5包含在ISO的级别1到5中。SCHOTT使用ISO标准中的0级和1级来描述变化公差。变化公差是从一片到另一片的折射率变化。表1给出了均匀性级别的概要性描述。ISO10110第4部分均匀性级别最大折射率变化SCHOTT均匀性级别实用范围0±50*10-6S0变化公差，单个切割玻璃的均匀性总是更好1±20*10-6S1变化公差，用于单个切割玻璃±2

5、0*10-6H1用于单个切割玻璃2±5*10-6H2用于单个切割玻璃3±2*10-6H3用于单个切割玻璃，但不适用所有尺寸4±1*10-6H4用于单个切割玻璃，但不适用所有尺寸，取决于玻璃型号5±0,5*10-6H5用于单个切割玻璃，但不适用所有尺寸，取决于玻璃型号表1：均匀性级别根据下列公司，光学元件内部的折射率差异会导致通过玻璃块的波阵面的变形：Ds=d×DnDs是波阵面偏移，d是玻璃厚度，Dn是玻璃内最大和最小折射率的变化。例如，一个平面波通过厚度为50mm的H2级平面玻璃时，【精品文档】【精品文档】最大变形为50mm*10*10-6=500nm。

6、同样厚度的H5级玻璃产生的最大波阵面变形是50nm。有两种方法可以测量光学玻璃的非均匀性：l积分法，采用干涉测量法测积分，最好是相位测量干涉测量法。由于可以直接测量进入的波阵面的变形，这是最优选的方法。均匀性可以通过对玻璃样品内的光路积分进行评估。因此，不能探测光束方向上折射率的线性梯度。为了减少玻璃样品的表面不规则性，玻璃样品放置于板（plate）上的两个夹层油（sandwichoil）之间，板接触浸入油（immersionoil），或者样品在不同的方向上进行抛光和测量，以避免表面影响。这两种方法SCHOTT都在使用。l统计法。从待检测的玻璃板中切割几

7、个分散的样品。使用双缝干涉计检测这些样品的折射率差异。SCHOTT也使用这种方法，其解释见[6]。5.Direct100型Fizeau干涉仪美因茨的SCHOTT使用蔡司的Direct100型Fizeau干涉仪测量均匀性，最大孔径为508mm（20英寸）。采用不同的干涉仪可能实现600mm的测量孔径，精确度小一点。Direct100型的装备图解总貌见图1。【精品文档】【精品文档】该装备包括一个He-Ne激光源和一个大型准直仪，它把激光束转化为全孔径。这种校准过的平行的光束通过一个部分反射的Fizeau板。部分光线被Fizeau板反射。余下的光线进入腔体，并

8、首次通过样品。通过样品之后，在光线干涉来自记录干扰带的CCD阵列上的Fizeau