能改變光的傳播方向，并能改變紫外,、可見或紅外光的相對光譜分布的玻璃。狹義的光學(xué)玻璃是指無色光學(xué)玻璃,；廣義的光學(xué)玻璃還包括有色光學(xué)玻璃、激光玻璃,、石英光學(xué)玻璃,、抗輻射玻璃、紫外紅外光學(xué)玻璃,、纖維光學(xué)玻璃,、聲光玻璃、磁光玻璃和光變色玻璃,。光學(xué)玻璃可用于制造光學(xué)儀器中的透鏡、棱鏡,、反射鏡及窗口等,。由光學(xué)玻璃構(gòu)成的部件是光學(xué)儀器中的關(guān)鍵性元件。

1,、前景

光學(xué)玻璃是光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和重要組成部分,。特別是在20世紀(jì)90年代以后，隨著光學(xué)與電子信息科學(xué),、新材料科學(xué)的不斷融合,，作為光電子基礎(chǔ)材料的光學(xué)玻璃在光傳輸、光儲存和光電顯示三大領(lǐng)域的應(yīng)用更是突飛猛進(jìn),，成為社會(huì)信息化尤其是光電信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)條件之一,。

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展,，中國光學(xué)玻璃制造行業(yè)發(fā)展迅猛,。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2010年,，光學(xué)玻璃制造行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)數(shù)量達(dá)246家,，行業(yè)全年實(shí)現(xiàn)銷售收入為234.05億元，同比增長53.70%;實(shí)現(xiàn)利潤15.37億元,，同比增長87.10%;資產(chǎn)規(guī)模達(dá)到264.50億元,，同比增長77.49%,。由于光學(xué)玻璃制造行業(yè)以國內(nèi)銷售為主，金融危機(jī)對其影響相對較小,，行業(yè)依然表現(xiàn)出較好的增長勢頭,。

2、簡介

用于制造光學(xué)儀器或機(jī)械系統(tǒng)的透鏡,、棱鏡,、反射鏡、窗口等的玻璃材料,。包括無色光學(xué)玻璃(通常簡稱光學(xué)玻璃),、有色光學(xué)玻璃、耐輻射光學(xué)玻璃,、防輻射玻璃和光學(xué)石英玻璃等,。光學(xué)玻璃具有高度的透明性、化學(xué)及物理學(xué)(結(jié)構(gòu)和性能)上的高度均勻性,，具有特定和精確的光學(xué)常數(shù),。它可分為硅酸鹽、硼酸鹽,、磷酸鹽,、氟化物和硫系化合物系列。品種繁多,，主要按他們在折射率(nD)-阿貝值(VD)圖中的位置來分類,。傳統(tǒng)上nD>1.60，VD>50和nD<1.60,，vd>55的各類玻璃定為冕(K)玻璃,，其余各類玻璃定為火石(F)玻璃。冕玻璃一般作凸透鏡,，火石玻璃作凹透鏡,。通常冕玻璃屬于含堿硼硅酸鹽體系，輕冕玻璃屬于鋁硅酸鹽體系,，重冕玻璃及鋇火石玻璃屬于無堿硼硅酸鹽體系,，絕大部分的火石玻璃屬于鉛鉀硅酸鹽體系。隨著光學(xué)玻璃的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,，其品種在不斷擴(kuò)大,，其組成中幾乎包括周期表中的所有元素。

通過折射,、反射、透過方式傳遞光線或通過吸收改變光的強(qiáng)度或光譜分布的一種無機(jī)玻璃態(tài)材料,。具有穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì)和高度光學(xué)均勻性,。

3,、光學(xué)玻璃分類

無色光學(xué)玻璃

對光學(xué)常數(shù)有特定要求，具有可見區(qū)高透過,、無選擇吸收著色等特點(diǎn),。按阿貝數(shù)大小分為冕類和火石類玻璃，各類又按折射率高低分為若干種,，并按折射率大小依次排列,。多用作望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡,、照相機(jī)等的透鏡,、棱鏡、反射鏡等,。

防輻照光學(xué)玻璃

對高能輻照有較大的吸收能力,，有高鉛玻璃和CaO-B2O2系統(tǒng)玻璃，前者可防止γ射線和X射線輻照,，后者可吸收慢中子和熱中子,，主要用于核工業(yè)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等作為屏蔽和窺視窗口材料,。

耐輻照光學(xué)玻璃

在一定的γ射線,、X射線輻照下，可見區(qū)透過率變化較少,，品種和牌號與無色光學(xué)玻璃相同,，用于制造高能輻照下的光學(xué)儀器和窺視窗口。

有色光學(xué)玻璃

又稱濾光玻璃,。對紫外、可見,、紅外區(qū)特定波長有選擇吸收和透過性能,，按光譜特性分為選擇性吸收型、截止型和中性灰3類,；按著色機(jī)理分為離子著色,、金屬膠體著色和硫硒化物著色3類，主要用于制造濾光器,。

紫外和紅外光學(xué)玻璃

在紫外或紅外波段具有特定的光學(xué)常數(shù)和高透過率,，用作紫外、紅外光學(xué)儀器或用作窗口材料,。

光學(xué)石英玻璃

以二氧化硅為主要成分,，具有耐高溫、膨脹系數(shù)低,、機(jī)械強(qiáng)度高,、化學(xué)性能好等特點(diǎn),，用于制造對各種波段透過有特殊要求的棱鏡、透鏡,、窗口和反射鏡等,。此外，還有用于大規(guī)模集成電路制造的光掩膜板,、液晶顯示器面板,、影像光盤盤基薄板玻璃；光沿著磁力線方向通過玻璃時(shí)偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的磁光玻璃,；光按一定方向通過傳輸超聲波的玻璃時(shí),，發(fā)生光的衍射、反射,、匯聚或光頻移的聲光玻璃等,。

4、色散分類

按色散又分為兩類：色散較小的為冕類(K),，色散較大的為火石類(F),。

①冕類光學(xué)玻璃分為氟冕(FK)、輕冕(QK),、磷冕(PK),、重磷冕(ZPK)、冕(K),、重冕(ZK),、鋇冕(BaK)、鑭冕(LaK),、鈦冕(TiK)和特冕(TK)等,。

②火石類光學(xué)玻璃分為輕火石(QF)、火石(F),、重火石(ZF),、鋇火石(BaF)、重鋇火石(ZBaF),、鑭火石(LaF),、重鑭火石(ZLaF)、鈦火石(TiF),、冕火石(KF)和特種火石(TF)等,。它們在折射率nd與色散系數(shù)v的關(guān)系圖像（見圖）中分布在不同的領(lǐng)域。

5,、抗輻射

抗輻射玻璃是廣義光學(xué)玻璃的一種,。包括防輻射玻璃和耐輻射玻璃。

①防輻射玻璃主要是對γ射線和X射線有較大吸收能力的玻璃。當(dāng)γ射線或X射線進(jìn)入防護(hù)玻璃時(shí),，由于玻璃內(nèi)部產(chǎn)生光電效應(yīng),、生成正負(fù)電子對，同時(shí)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)和自由態(tài)電子,，使射入的γ射線或X射線能量減小,，穿透力下降，起到了防護(hù)作用,。

當(dāng)防輻射玻璃的密度增加時(shí),，屏蔽能力也相應(yīng)增加。防γ射線的玻璃的密度通常不小于4.5g/cm,。近年來,，已開始用密度為6.2～6.5g/cm的玻璃,常用的有ZF系列。

②耐輻射光學(xué)玻璃主要指在γ射線作用下不易著色的光學(xué)玻璃,。耐輻射光學(xué)玻璃牌號的命名,，仍根據(jù)光學(xué)玻璃牌號，注明能耐輻射的倫琴數(shù),，例如,，K509耐輻射光學(xué)玻璃的光學(xué)常數(shù)同K9,且能耐10倫琴劑量的γ射線。普通玻璃受高能射線輻射后產(chǎn)生自由電子,，它與玻璃內(nèi)部的缺位結(jié)合,，形成色心。同時(shí)也可使原子核移位,，破壞了正常的結(jié)構(gòu),，也產(chǎn)生色心，使玻璃著色,。

耐輻射光學(xué)玻璃中引入了CeO2,，在高能γ射線輻照后，由于式①,能俘獲電子,，不使玻璃內(nèi)部產(chǎn)生色心,且因Ce和Ce的吸收帶在紫外區(qū),。當(dāng)CeO2含量過高時(shí)，在紫外,、紅外的吸收帶延伸到可見光區(qū),，使可見光的藍(lán)色區(qū)域吸收增加,，導(dǎo)致玻璃呈黃色,。同時(shí)，也會(huì)因玻璃中其他成分的影響而加深顏色,，所以CeO2的含量不能太高,，在K509中CeO2的含量約為0.4%～0.5%，在K709中CeO2約為1%。

6,、制作原料

以優(yōu)質(zhì)石英砂為主料,。適當(dāng)加入輔料。由于稀土具有高的折射率,，低的色散和良好

的化學(xué)穩(wěn)定性,，可生產(chǎn)光學(xué)玻璃，用于制造高級照相機(jī),、攝像機(jī),、望遠(yuǎn)鏡等高級光學(xué)儀器的鏡頭。例如一種含氧化鑭lao360%,，氧化硼b2o340%的具有優(yōu)良光學(xué)性質(zhì)的鑭玻璃,，是制造高級照相機(jī)的鏡頭和潛望鏡的鏡頭的不可缺少的光學(xué)材料。另外,，利用一些稀土元素的防輻射特性,，可生產(chǎn)防輻射玻璃。

7,、冷加工

一種利用化學(xué)氣相熱處理手段以及單片鈉鈣硅玻璃來改變其原來分子結(jié)構(gòu)而不影響玻璃原有顏色及透光率,，使其達(dá)到超硬度標(biāo)準(zhǔn)，在高溫火焰沖擊下以滿足防火要求的超硬度防火玻璃及其制造方法,、專用設(shè)備,。它是由下述重量配比的組份制成：鉀鹽蒸氣(72%～83%)、氬氣(7%～10%),、氣態(tài)氯化銅(8%～12%),、氮?dú)?2%～6%)。它包含以下工藝流程：以鈉鈣硅玻璃為基片進(jìn)行切割,，精磨邊的冷加工→對冷加工后的鈉鈣硅玻璃進(jìn)行化學(xué)氣相熱處理→將鈉鈣硅玻璃表面進(jìn)行鍍防火保護(hù)膜的處理→將鈉鈣硅玻璃表面進(jìn)行特種物理鋼化處理,。由缸體及其與之相套合的缸蓋、與缸蓋一體連接的反應(yīng)釜構(gòu)成專用熱分解氣化設(shè)備,。

8,、發(fā)展

光學(xué)玻璃的發(fā)展和光學(xué)儀器的發(fā)展是密不可分的。光學(xué)系統(tǒng)新的改革往往向光學(xué)玻璃提出新的要求,，因而推動(dòng)了光學(xué)玻璃的發(fā)展,，同樣，新品種玻璃的試制成功也也往往反過來促進(jìn)了光學(xué)儀器的發(fā)展,。

最早被人們用來制作光學(xué)零件的光學(xué)材料是天然晶體,，據(jù)稱古代亞西利亞用水晶作透鏡，而在古代中國則應(yīng)用天然電氣石（茶鏡）和黃水晶,?？脊偶易C明公元三千年前在埃及和我們（戰(zhàn)國時(shí)代）人們已能制造玻璃。但是玻璃作為眼鏡和鏡子還是十三世紀(jì)在威尼斯開始的。恩格斯在“自然辨證法”中對此曾給予很高的評價(jià),，認(rèn)為這是當(dāng)時(shí)的卓越發(fā)明之一,。此后由于天文學(xué)家與航海學(xué)的發(fā)展需要，伽利略,、牛頓,、笛卡兒等也用玻璃制造了望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡。從十六世紀(jì)開始玻璃已成為制造光學(xué)零件的主要材料了,。

到了十七世紀(jì),，光學(xué)系統(tǒng)的消色差成為光學(xué)儀器的中心問題。這時(shí)由于改進(jìn)了玻璃成分,，在玻璃中引入了氧化鉛,，赫爾才于1729年獲得第一對消色差透鏡，從此,，光學(xué)玻璃就被分為冕牌和燧石玻璃兩個(gè)大類,。

1768年紀(jì)南在法國首先用粘土棒攪拌的方法制得了均勻的光學(xué)玻璃，從而開始建立了獨(dú)立的光學(xué)玻璃制造工業(yè),。在十九世紀(jì)中葉,，幾個(gè)發(fā)達(dá)的資本主義國家都先后建立了自己的光學(xué)玻璃工廠，如法國帕臘-芒圖公司（1872年）,、英國錢斯公司（1848）,、德國蕭特公司(1848)等。

十九世紀(jì)光學(xué)儀器有很大發(fā)展,。第一次世界大戰(zhàn)前夕,，德國為了迅速發(fā)展軍用光學(xué)儀器，要求打破光學(xué)玻璃品種貧乏的限制,。這時(shí),，著名物理學(xué)家阿員參加了蕭特廠的工作。他在玻璃中加入了新的氧化物如BaO,，B2O3,ZnO,，P2O3等，并且研究了它他對玻璃光學(xué)常數(shù)的影響,。在這基礎(chǔ)上,，發(fā)展了鋇冕、硼冕,、鋅冕等類型玻璃,，同時(shí)也開始試制了特殊相對部分色散的燧石玻璃。在這時(shí)期內(nèi),，光學(xué)玻璃品種有了很大的擴(kuò)展,，因而在光學(xué)儀器方面出現(xiàn)了較完整的照相機(jī)及顯微鏡物鏡。

直至二十世紀(jì)三十年代以前,，大部分工作仍在蕭特廠基礎(chǔ)上進(jìn)行,。到1934年獲得了一系列重冤玻璃，如德國號SK-16（620/603）及SK-18（639/555）等,。到此為止,，可以認(rèn)為是光學(xué)玻璃發(fā)展的一個(gè)階段。

二次世界大戰(zhàn)前后,，隨著各種光學(xué)儀器如航空攝影,，紫外與紅外光譜儀器、高級照相物鏡等的發(fā)展,，對光學(xué)玻璃又產(chǎn)生了新的需要,。這時(shí)，光學(xué)玻璃也就相應(yīng)地有了新的發(fā)展,。1942年,，美國摩萊（Morey）及以后蘇聯(lián)與德國的科學(xué)工作者都相繼把稀士及稀散氧化物引入玻璃中，因而擴(kuò)大了玻璃品種,，得到了一系列高折射率低色散的光學(xué)玻璃,，如德國LaK,LaF，蘇聯(lián)CTK及ТЬФ等品種系列,。與此同時(shí),，也進(jìn)行了低折射率大色散玻璃的研究并得到一系列氟鈦硅酸鹽系統(tǒng)的光學(xué)玻璃。

由于各種新品種光學(xué)玻璃在加工或使用性能上或多或少地存在著缺陷,，因此在研究擴(kuò)展光學(xué)玻璃領(lǐng)域的同時(shí),，還針對改善各種新品種光學(xué)玻璃的物理和物理化學(xué)性質(zhì)。以及生產(chǎn)工藝進(jìn)行了許多工作,。

綜觀以上歷史發(fā)展的過程,，可以預(yù)言今后光學(xué)玻璃的發(fā)展方向是：

①制得特別高折射率的玻璃；

②制得特殊相對部分色散的玻璃,；

③發(fā)展紅外及紫外光學(xué)玻璃,；

④取代玻璃中某些不良的成分如放射性的THO2，有毒的BcO,，Sb2O3等,；

⑤提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性；

⑥提高玻璃透明度和防止玻璃輻射著色,；

⑦改進(jìn)工藝過程,，降低新品種玻璃價(jià)格。