玻璃工艺10玻璃的光学性质

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1、第十章玻璃的光学性质opticalproperty一、玻璃的折射率refractiveindex1.定义N=sini/sin绝对折射率n0=c0/cc0真空中光速相对折射率n=c1/cc1空气中光速n通常大于1，即光在玻璃中的传播速度降低。原因？光波为电磁波，对于玻璃是一外加交变电场，通过时会引起玻璃内部质点的极化变形，离子偶极矩改变所需能量来自光波，光波能量减小，传播速度降低。2.影响因素（1）组成①玻璃密度越大，n越大②离子极化率越大，n越大a极化率N阿佛加德罗常数ni折射率d密度Mi分子量Ri分子折射度Vi分

2、子体积KViRi=a/KRi越大，折射率越大。Vi越大，折射率越小。a.电价相同半径大和小的折射率大。半径小的降低分子体积使密度增大；半径大的极化率大。b.网络生成体离子减小折射率不易极化，且束缚桥氧的电子云不被极化c.非桥氧量越大折射率越高F-代O2-降低折射率（因F-的折射度2.4小于氧2.67）（2）温度<0>0温度升高时n受（1）随密度减小而n减小（2）随电子振动频率减小而增大。所以有正负两种可能。室温至100Cn/t大于0（主要决定于R/t）低温d/t起决定作用，n/t小于0（3）入射光波

3、长波长越长，折射率越小。3.色散定义：玻璃的n随入射光波长不同而不同的现象。·正常色散折射率随波长减小而增大，色散随光波波长减小而更迅速变化。·反常色散光波波长接近于材料吸收带时折射率发生急剧变化，吸收带长波方向折射率高而短波方向折射率低。二、玻璃的光学常数与光学玻璃分类1.标准波长不同波长下测得的折射率用不同的符号表示：nDnFnC等。2.色散表示法a.平均色散Δ=nF－nCb.部分色散nd－nD、nD－nC、ng－nG和nF－nC等c.阿贝数（色散倒数）d.相对部分色散如等*火石玻璃（F）---FlintGlas

4、sF铅钾硅酸盐系统，做凹透镜轻火石QF钡火石BaF火石F重钡火石ZBaF重火石ZF特种火石TiF2.光学玻璃分类*冕牌玻璃（K）--CrownGlassnD＞1.6,vD>50和nD<1.6,vD>55K含碱硼硅酸盐系统，做凸透镜轻冕QK冕K磷冕PK钡冕BaK重冕ZK无色光学玻璃有色光学玻璃（滤光玻璃）*磷酸盐玻璃。对潮湿大气作用性能稳定性则较差，根据使用场合的不同，可加以真空镀膜处理（一般使用情况不需镀膜处理）。*硅酸盐玻璃对潮湿大气作用性能比较稳定采用硒镉着色、离子着色。三、玻璃的光吸收、反射、透过A+R+T=1

5、1.光的反射反射率——从玻璃表面反射出去的光强与入射光强之比反射率决定于表面光洁度、入射光波长、入射角和折射率等。改变反射率常用镀膜。2.光透过和吸收·透过率T=I/I0=(1－R)2e－αl·光密度D=lg1/T常用D表示光的吸收和反射损失。T取决于光波与玻璃中粒子间的作用。玻璃中自由电子——紫外光，Si-O网络——红外光振动频率相当。所以普通玻璃对紫外、红外光不透过。氧化物系统玻璃在红外可透过6μ以下的光，As2S3等非氧化物系统可透过更长的光波。*光吸收等同吸收选择性吸收使光强减弱产生颜色四、玻璃的红外和紫外吸

6、收1.紫外吸收·吸收极限透光曲线上吸收区与透光区间一条很陡的分界线。·紫外区波长小于吸收限的光都吸收波长大于吸收限的光都透过·紫外吸收机理光子激发氧离子的电子到高能级的结果。所以λ大的波能量低，不能激发电子，全部透过。氧离子与阳离子间结合力影响紫外吸收限。Ob多，吸收限偏向短波，透紫外好；Onb多，吸收限偏向长波，透紫外差。∴　网络外体氧化物越多，透紫外越差。Fe＋2Fe＋3CeO2等氧化物能强烈吸收紫外线钴不吸收紫外线，在磷酸盐玻璃中与氧化镍共用可制黑色透短波紫外线石英玻璃具有优异的透紫外性，它既可以透过远紫外线，

7、又可透过可见光和近红外光谱紫外线防护玻璃以铝硅酸盐为基本组成，掺入截紫外线剂CeO2制得的。该种玻璃，具有良好的化学稳定性、耐热冲击性以及耐辐射性能。可用做隔绝、滤除紫外辐照的透明材料，如防紫外窗口、激光器用截紫外防护隔板、有机材料紫外老化防护等，其应用领域非常广阔。2.红外吸收机理：红外频率与玻璃中分子本征振动频率相近引起共振而产生。f力常数（化学键对于改变其长度的阻力）M原子量c光速氧化物玻璃只能透过近红外。铅玻璃及非氧化物系统玻璃因原子量大、力学常数小，可透过波长更长的光。由于稀土元素的原子量较大，因而含稀土的

8、玻璃具有较宽的红外透射范围。红外玻璃是红外光学技术的关键材料，广泛使用在红外航空摄影、红外火炮控制系统、超音速飞机、导弹、卫星和各种跟踪、遥测和从地球到卫星或与其它星球通讯等。该类玻璃重要性能是在某特定红外波段内的透过率、折射率和色散、受热时自辐射性能、机械强度、硬度和化学稳定性。隔（吸）热玻璃：Fe＋2能有效吸收红外线（特别对1064纳米红外