光学冷加工-光学玻璃课件

• 网络体结构中一定的近程区域存在一些微晶结构，即微晶分 散在无定形区域中，从微晶到无序的过渡是逐步形成的，无 明显的界线，微晶中心区域有序程度最高，离中心愈远，有 序程度愈低，不规则程度也愈显著。这种现象也称为近程有 序
• 近程：指物质的原子或离子周围的范围一般小于 2nm微观尺
度， 1.0～1.5nm相当于2-4个多面体的有规则排列。非近程区
金属硅酸盐经离子交换技术制成）、光学液体、光学纤维、红外 玻璃（锗玻璃、锗砷硒）、激光玻璃（氟磷酸盐材料）、光记忆 玻璃（硫化物）光着色材料（掺杂卤化银）、电着色材料（氧化 钨）、旋光玻璃（含铈磷酸盐玻璃）、声光玻璃（含铅碲化物）、 低熔点玻璃（转变温度330度）
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3.固态物质
• 固体是指其内部组成的质点（原子、离子、分子）在 三维空间的排列是固定不变的物质
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7.玻璃的结构
现代玻璃结构理论：
• 玻璃内部质点之间的结合，以玻璃形成体阳离子（如Si+4、 B+3、P+5等），与氧离子在玻璃中形成配位关系，组成了多 面体（通常是硅氧四面体），各个多面体之间通过顶角相互 连接，形成向三维空间发展的连续的无规则的网络体结构； 一些阳离子（如Na+、K+等）与氧离子也有一定的配位关系， 统计分布在无序的网络空间中称为玻璃网络外体。
• 分子之间普遍存在着范德华力，是一种非化学性的弱的相互作用 力，通常称为分子键（范德华键）
• 某些化合物中，氢原子能与分子内或其它分子中的原子之间形成 氢键。
• 固体按照质点在三维空间的排列状态：晶体、非晶态 （无定形态）物质 、微晶态物质、多晶态物质
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4.晶体
• 晶体：其内部质点（原子、离子、原子团、分 子）在 三维空间里成周期重复排列。
• 自然界绝大多数物质—晶体（岩盐、砂子、金 属、食盐、冰糖、明矾、冰、云母、水晶等等）
• 根据键性的不同分：离子晶体（盐）、共价晶 体（金刚石）、金属晶体、分子晶体、氢键型 晶体（含有氢键的矿物晶体、冰）
• 晶体的特性；整齐规则的外形、具有固定的熔 点（固体加热、温度上升达到一定温度时开始溶化，在没有全
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6.物质的微分相与微晶态物质
• 物质的分相：物质在变化过程中，内部质点发生迁移，使某 些组成发生偏聚，形成内部质点结构不同（即化学成分不同） 的两个区域
• 物质的分相区域在纳米至几百纳米的区域范围属于微分相 • 在无定形态物质中由于微分相的结果，内部质点形成纳米级
微小晶态结构的区域，这个区域称为微晶体（简称微晶）， 或称晶子 • 这种内部具有微晶体的无定形物质称为微晶态物质。介于无 定形态和晶态物质之间的物体，如玻璃、微晶玻璃 玻璃是在无定形物质中含有微小晶态结构比较小和比较少的微 晶物质，其中微晶大小约0.7~2.0nm，微晶含量约10%~20% 微晶玻璃是在无定形物质中含有微小晶态结构比较大和比较多 的微晶物质，微晶大小约0.1~1.0um，微晶含量大于50%，典 型：95%~98%
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2.光学材料的种类
通常有四大类： • 光学玻璃（无色光学玻璃、有色光学玻璃）应用最广泛 • 光学塑料（有机高分子聚合物 : 合成树脂、天然树脂） • 光学晶体（天然晶体、人造晶体：偏振光晶体；旋光晶体、
激光晶体、电光、 声光、变频、闪烁 ）
• 特种光学材料（光学陶瓷、微晶玻璃、梯度折射率材料（碱
折射率、硬度、热膨胀系数、导电系数、弹性模数
• 介稳性（亚稳性）：玻璃内部具有较高的内能却处于相对稳定的 状态（玻璃形成过程并没有放出内部的全部热量，比同成分的晶 态物质含有较高的内能；玻璃有放出这部分内能向晶态转变的可 能，即析晶倾向，处于热力学不稳定状态，但玻璃具有很高的黏 度，阻碍玻璃向晶态转变，仍然是比较 稳定的状态
• 质点在物质内部空间固定不变的排列，是质点间的微 观作用力使它们处于平衡位置，形成稳定的结构，原 子的这种维系力称为键，
• 以化学结合力相维系时，称为形成了化学键，由于原 子得失电子的能力不同形成相互不同的化学键，典型 的化学键有离子键（正负离子相互形成吸引）、共价键（原子
间通过共用电子对方式形成作用）、金属键（金属中运动的自由 电子能吸引所有阳离子，使它们之间紧密的结合）
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• 各类氧化物的含量不同，形成玻璃的结构和性质不同
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• 光学玻璃的光学常数nd和nf-nC与化学成分有加 和关系：nd=ΣPi•ndi/Si / ΣPi/Si ； nf-Nc= ΣPi• （ nf-nC ）i/Si / ΣPi/Si （Pi含量，Si修正系数）
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9.玻璃的特征
• 各向同性：玻璃的物理化学性质在各个方向都是相同 （进程有序， 远程无序 统计均质结构 宏观上 均匀结构）
域 大于2nm微观尺度
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8.玻璃的化学成分
• 玻璃是由多种化合 物形成的含有微晶 体的网络状固体
• 氧化物玻璃多是以 氧化物为主。玻璃 网络体由 A2O3/AO2/A2O5型 氧化物构成，如 SiO2（硅）、B2O3、 P2O5、As2O3、 Al2O3、Ta2O5；网 络外体由A2O/AO型 氧化物构成，如 Na2O、K2O、CaO、 PbO、BaO。
光学玻璃
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1.光学材料的概念
• 是指能够制造成光学零件并应用于光学系统中， 和光直接进行相互作用的物质
• 广义讲：所有的物质都和光有相互作用 • 狭义讲：应用于光学系统中对光信息进行处理
的材料 • 更简要讲：能够对光具有高透射或高反射特性
或对光信息具有改变作用的材料
如对光的振幅（光强）、相位、频率、波长（红外光 0.7~300um，可见光 380~680nm，紫外光30~380nm）、 速度 （c=2.99792458m/s）、振动态（偏光、旋光） 、传输方向、光子数
部溶化之前，继续加热，温度不再上升。供给热量都用于固体向
液态转化热量全部变成液态后，继续加热，温度又会上升）、 各向异性（物理性质从不同方向测定时不同）、具有最小
内能是一个稳定的结构
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 5.非晶态（无定形态）物质
• 也称非晶体：是指其内部质点在三维空间排列 成无序状态的物质。如沥青、橡胶、塑料
• 特性：无固定的外型状态（无定形态）、无固 定的熔点（加热过程逐渐变软，最后变成液体）、各向 同性