光学冷加工-光学玻璃课件
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光学设计-第10讲-光学材料与加工
vd
nd 1 nF nC
8
二、光学玻璃的主要特性
• 1、组成 • 玻璃形成体：B2O3、P2O5、2、2O3 • 中间体：2O3 • 网络外体：2O、K2O、、、
• 二、光学玻璃的主要特性 • 光学玻璃与普通玻璃的区别： • 特定和精确的光学常数 • 物理和化学上高度均匀性 • 高度透明性 • 极小的内应力 • 注重批次性
2、一致性
3、光学均匀性
光学均匀性是指同一块玻璃中折射率的渐变。 由于退火炉内各处温度不均匀所引起的。 小块玻璃用鉴别率比值法测量。 大块玻璃用多光束干涉仪测量。
光学均匀性测试（对于小块玻璃）
光学均匀性测试（对于小块玻璃）
对于测量结果为1和2类，补测星点图。 1：圆亮环无断裂、无尾刺、畸角和变形现象。 2：变形不严重，大体保持圆环、两环间距大体 相等，每个环的宽度允许变化，但不应断裂。
光学玻璃的主要参数
(一) 折射率 我国标准规定：
主折射率：指光学玻璃对钠光d（波长0.5786μm） 的折射率，用表示；
对F谱线(波长0.4861μm的蓝光)的折射率用表示; 对C谱线(波长0.6563μm的红光)的折射率用表示。
（二）色散系数
色散表示光学玻璃对不同的光具有不同的折射 率。色散大小用F谱线和C谱线之差表示，即 － ，称作中部色散。通常度量光学玻璃的色 散程度用色散系数(又称阿贝数) :
光学材料
五邑大学 应用物理与材料学院
主要内容
第一节 光学玻璃 第三节 光学塑料
2
第一篇 光学玻璃
第一节 普通玻璃
一、玻璃的定义： 玻璃：一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续
网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结 晶的硅酸盐类非金属材料。普通玻璃化学氧化物的 组成 2O··62),主要成份是二氧化硅。广泛应用于建 筑物，用来隔风硬度、化学稳定性、机械强 度、析晶能力
长春理工 大学 光学 冷加工 课件 第六章
• 光圈的度量
1、光圈数量的计算 ① N≥1的计算 在被检光学表面和参考光学表面仅有曲率半径偏差情况下，光 圈数度量与表示偏差大小和方向的误差曲线，其中，虚线代表参 考光学表面，曲线代表球面(或平面)相对于参考光学表面的偏差 大小和方向，平行线间距离代表λ/2。
光圈数Ｎ的度量 • （a）N＝3； (b)Ｎ＝2； (c)N＝2； (d)Ｎ＝1．
光圈的识别
• ◆光圈的识别
对光学零件的抛光一般要达到两个目的 光学表面疵病符合规定的等级 光学表面几何形状达到规定的要求
★光学样板检验原理
光学零件的表面精度是与光学样板比较而鉴 别出来的。光学零件的面型精度包括曲率半径 偏差、像散偏差和局部偏差三个内容。
图6-3 光圈检验原理 a-干涉现象；b-干涉原理； 1-样板；2-工件
hN / 2
• 光圈，即干涉条纹的形状是由空气隙等厚层的轨 迹决定的，即同一级干涉条纹对应的空气隙厚度 是相等的。利用干涉条纹的数量和不规则程度， 可以判定球面的面形误差。
（二）光圈数N与曲率半径偏差△R的关系
• 光学零件曲率半径与工作样板半径之间的偏差，以干涉条 纹数，即光圈数N表示。值不仅取决光圈数N、零件与样 板的接触口径D（在此口径范围内显示于涉环）干涉光的 波长，还取决于样板是沿边缘接触（低光圈），还是在中 部接触（高光圈）。
有像散存在就是光学表面的曲率半径不一样。 用周边加压法或一侧加压法可以判断像散的大小。 当N＞1时，光圈呈椭圆形； 当N＜1时，两垂直方向上的条纹弯曲程度不同。 局部偏差的判断 局部误差包括局部低和局部高，塌边和翘边 等，这种光圈的识别用一侧加压法判断。 局部低 条纹局部的弯曲凹向背着加压点。 局部高 条纹局部的弯曲凹向朝着加压点。 塌 边 条纹边缘部位塌向加压点。 翘 边 条纹边缘部位翘向加压点。
光学冷加工-光学玻璃24页PPT
光学冷加工-光学玻璃
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
Thank you
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
Thank you
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
玻璃冷加工技术PPT课件
3
国内外玻璃加工常用工艺方法：切割，磨边，刻蚀 及雕刻
切割： 切割是玻璃加工过程中的最常见最基本的一种方法
玻璃的切割工艺主要有：机械切割，火焰切割，水 刀，激光切割等
4
磨边： 研磨机理：使用磨料在磨盘压力下和对玻璃表面作
相对运动下，将剥离的不平处磨去，但玻璃表面变 毛。粗颗粒磨料，研磨速度快，毛面较粗糙，故常 用多级磨料。
1
常温下，通过一系列机械或化学处理的手段来改变玻 璃及玻璃制品的外形和表面状态，把玻璃制品加工至 符合要求的要求的工艺过程。
2
以钠钙硅玻璃为基片进行切割，精磨边的冷加工→对 冷加工后的钠钙硅玻璃进行化学气相热处理→将钠钙 硅玻璃表面进行镀防火保护膜的处理→将钠钙硅玻璃 表面进行特种物理钢化处理。由缸体及其与之相套合 的缸盖、与缸盖一体连接的反应釜构成专用热分解气 化设备。
8
玻璃最初由火山喷出的酸性岩凝固得。 约公元前3700年前，古埃及人已制出玻璃装饰品和简
单玻璃器皿，当时只有有色玻璃。 约公元前1000年前，中国制造出无色玻璃。 公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业材料 18世纪，为适应研制望远镜的需要，制出光学玻璃 1873年，比利时首先制出平板玻璃 1906年，美国制出平板玻璃引上机。此后，随着玻璃
11
切割 磨边 钻孔 表面处理 浮雕 Nhomakorabea激光内雕 丝网印刷
12
抛光工艺高速化 磨边技术自动化 辅助工序机械化
13
容器玻璃 建筑玻璃 光学玻璃 电真空玻璃 特种玻璃
14
5
刻蚀： 利用氢氟酸对玻璃表面的腐蚀，使平滑的表面变成
无光泽的毛面，起到使玻璃表面产生光漫射作用。 刻蚀只是利用化学法对玻璃表面腐蚀，使其成为不
国内外玻璃加工常用工艺方法：切割，磨边，刻蚀 及雕刻
切割： 切割是玻璃加工过程中的最常见最基本的一种方法
玻璃的切割工艺主要有：机械切割，火焰切割，水 刀，激光切割等
4
磨边： 研磨机理：使用磨料在磨盘压力下和对玻璃表面作
相对运动下，将剥离的不平处磨去，但玻璃表面变 毛。粗颗粒磨料，研磨速度快，毛面较粗糙，故常 用多级磨料。
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常温下，通过一系列机械或化学处理的手段来改变玻 璃及玻璃制品的外形和表面状态，把玻璃制品加工至 符合要求的要求的工艺过程。
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以钠钙硅玻璃为基片进行切割，精磨边的冷加工→对 冷加工后的钠钙硅玻璃进行化学气相热处理→将钠钙 硅玻璃表面进行镀防火保护膜的处理→将钠钙硅玻璃 表面进行特种物理钢化处理。由缸体及其与之相套合 的缸盖、与缸盖一体连接的反应釜构成专用热分解气 化设备。
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玻璃最初由火山喷出的酸性岩凝固得。 约公元前3700年前，古埃及人已制出玻璃装饰品和简
单玻璃器皿，当时只有有色玻璃。 约公元前1000年前，中国制造出无色玻璃。 公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业材料 18世纪，为适应研制望远镜的需要，制出光学玻璃 1873年，比利时首先制出平板玻璃 1906年，美国制出平板玻璃引上机。此后，随着玻璃
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切割 磨边 钻孔 表面处理 浮雕 Nhomakorabea激光内雕 丝网印刷
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抛光工艺高速化 磨边技术自动化 辅助工序机械化
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容器玻璃 建筑玻璃 光学玻璃 电真空玻璃 特种玻璃
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刻蚀： 利用氢氟酸对玻璃表面的腐蚀，使平滑的表面变成
无光泽的毛面，起到使玻璃表面产生光漫射作用。 刻蚀只是利用化学法对玻璃表面腐蚀，使其成为不
光学玻璃透镜加工基础知识ppt课件
切削完成品
磨第一个面
磨第二个面
粗磨完成品
编辑版pppt
7
粗磨加工示意图：
镜片
磨皿
磨皿
编辑版pppt
8
光学镜片冷加工流程：
抛光：
研磨抛光是获得镜片表面品质的主要工序，目的是去除上工序粗磨 残留的瑕疵并达到表面形状精度、中心厚度尺寸均符合规格要求；
此工序需要注意研磨粉洁净度、研磨液调配比例浓度、液体温度、 抛光皮选择、转速与摆臂幅度等；
平板料
型料
编辑版pppt
4
光学镜片冷加工流程：
切削：
将毛坯料在切削机上进行切削加工，目的是将2个曲面切出与目标球 面R值较为接近、中心厚度预留，表面不允许有坑洞等不良，为后 道的粗磨、抛光做准备；（此工序需注意玻璃硬度与切削砂轮粒度 之配合关系）
毛坯料
加工一面
加工另一面
切削完成
编辑版pppt
5
切削示意图：
16
镜片粘合工程：
粘合： 为了减少反射光能损失，简化复杂镜片的加工，需要将2片或以上的镜片用 特殊胶水按照技术要求，将其粘合在一起，实现光学性能；
点胶水
调芯后用UV光源编热辑固版pppt 粘合时调芯，确保偏
17
定
心
镜片涂墨工程：
涂墨：
将镜片的外径部位、凹透镜的外径连同垂直倒角处，用黑色涂料进行均匀 涂黑，以便达到消除或减少杂光在镜头中漫反射而影响成像的效果；
编辑版pppt
13
镜片镀膜工程：
光学镀膜（蒸镀）：
为了使镜片具有所需要的光学性能，需要在镜片的2个表面镀上厚度不同的 薄膜层，使其具有达到一定的光谱特性和影像效果；在真空腔体内，将镀 膜药材加热使其向上蒸镀到面对药材的镜片表面；镜片薄膜主要分AR膜 （增透膜）和IR膜（红外截止膜），根据不同的产品设计要求，镀不同的 膜；此工序的品质要求膜层附着强度、中心波长、穿透率、反射率等；所 用的药材有氟化镁、氧化锆、OS50、TiO2、二氧化硅等等；
光学加工基础知识
光学加工基础知识§1光学玻璃基本知识一.基本分类和概念光学材料分类：光学玻璃、光学晶体、光学塑料三类。
玻璃的定义：不论化学成分和固化温度范围如何，一切由熔体过冷却所得的无定形体，由于粘度逐渐增加而具有固体的机械性质的，均称为玻璃。
光学玻璃分为冕牌K和火石F两大类，火石玻璃比冕牌玻璃具有较大的折射率nd和较小的色散系数vd。
二.光学玻璃熔制过程将配合料经过高温加热,形成均匀的，高品质的，并符合成型要求的玻璃液的过程,称玻璃的熔制。
玻璃的熔制，是玻璃生产中很重要的环节.，玻璃的许多缺陷都是在熔制过程中造成的, 玻璃的产量、质量、生产成本、动力消耗、熔炉寿命等都与玻璃的熔制有密切关系。
混合料加热过程发生的变化有:物理过程-----配合料的加热，吸附水的蒸发，单组分的熔融，个别组分挥发.某些组分的多晶转变。
化学过程-----固相反应，盐的分解，水化物分解，结晶水的排除，组分间的作用反应及硅酸盐的形成。
物理化学过程-----低共熔物的组分和生成物间相互溶解,玻璃与炉气介质，耐火材料相互作用等。
上述这些现象的发生过程与温度和配合料的组成性质有关.对于玻璃熔制的过程,由于在高温下的反应很复杂,尚待充分了解,但大致可分为以下几个阶段。
1.加料过程-----硅酸盐的形成2.熔化过程-----玻璃形成3.澄清过程-----消除气泡4.均化过程------消除条纹5.降温过程-------调节粘度6.出料成型过程总之,玻璃熔制的每个阶段各有其特点,同时,它们又是彼此互相密切联系和相互影响的.在实际熔制中,常常是同时或交错进行的,这主要取决于熔制的工艺制度和玻璃窑炉结构特点。
三.玻璃材料性能1．折射率nd、色散系数vd根据折射率和色散系数与标准数值的允许差值，光学玻璃可以分为五类表1-1：折射率和色散系数与标准数值的允许差值2.光学均匀性光学均匀性指同一块玻璃中折射率的渐变。
玻璃直径或边长不大于150mm，用鉴别率比值法玻璃分类如表1-2。
光学冷加工
光学冷加工
第一章 1.1 光学零件制造工艺一般知识 光学零件制造工艺的特点及一般过程 制作光学零件的常见材料有三大类，即光学玻璃、光学晶体和光学塑料，其中以光学玻 璃， 特别是无色光学玻璃的使用量最大。 虽然光学零件的加工按行业划分归入机械加工一类， 但由于加工对象的材料性质和加工精度要求显著地不同于金属材料， 因而加工工艺上也完全 不同于金属工艺而具有特殊性。 1.1.1 光学零件的加工精度及其表示
在光学零件加工过程中，大多数工序对温度、湿度、尘埃、振动、光照等环境因素是敏 感的，特别是高精度零件和特殊零件的加工尤其如此。因此，光学车间都是封闭形，并要求 恒温、恒湿、限制空气流动、人工采光，防尘。 1、温度对光学工艺的影响 恒温是光学车间一个明显特点之一。 这里包括恒温温度及波动范围两个问题。 光学车间
光学零件属于高精度零件。 平面零件的加工精度主要有角度和平面面形； 球面零件的加 工精度要求主要有曲率半径和球面面形。 高精度棱镜的角误差要求达到秒级。 高精度平面面 形精度可达到几十分之一到几百分之一波长。 平面零件的平面性和球面零件的球面性统一称 为面形要求。光学车间一般用干涉法计量，用样板叠合观察等厚干涉条纹（俗称看光圈） 。 表示面形误差的光圈数符号是 N，不规则性（或称局部误差）符号是△N。除面形精度外， 光学零件表面还要有粗糙度要求。 光学加工中各工序的表面粗糙度如表 6-1 所示。 光学零件 抛光表面粗糙度用微观不平十点高度表示为 R2=0.025um ，用轮廓算术平均偏差表示为 R2=0.025um，用符号表示则为 0.008，在此基础上，还有表面疵病要求，即对表面亮丝、擦 痕、麻点的限制。 1.1.2 光学零件加工的一般工艺过程及特点
镀膜符号：④为增透膜， ②为增反镜； Δnd 玻璃材料折射率允许误差，包括对标准值的允差和同一批玻璃中的一致性允差。 Δ(nF—nC) 色散允差，与Δnd 一样同样包括二项： 光学均匀性：玻璃内因折射率渐变造成的不均匀程度，影响零件的鉴别率，以鉴别率表 示；双折射：玻璃存在应力时呈现各向异性，产生双折射现象，以双折射光程差表示；纹： 玻璃中的化学不均匀区， 因折射率不同于主体而出现丝状或层状的疵病， 块料玻璃有从三个 方向检查的，也有二个或者一个方向检验的；气泡：玻璃体内残留气泡程度，有大小与个数 两项指标。
第一章 1.1 光学零件制造工艺一般知识 光学零件制造工艺的特点及一般过程 制作光学零件的常见材料有三大类，即光学玻璃、光学晶体和光学塑料，其中以光学玻 璃， 特别是无色光学玻璃的使用量最大。 虽然光学零件的加工按行业划分归入机械加工一类， 但由于加工对象的材料性质和加工精度要求显著地不同于金属材料， 因而加工工艺上也完全 不同于金属工艺而具有特殊性。 1.1.1 光学零件的加工精度及其表示
在光学零件加工过程中，大多数工序对温度、湿度、尘埃、振动、光照等环境因素是敏 感的，特别是高精度零件和特殊零件的加工尤其如此。因此，光学车间都是封闭形，并要求 恒温、恒湿、限制空气流动、人工采光，防尘。 1、温度对光学工艺的影响 恒温是光学车间一个明显特点之一。 这里包括恒温温度及波动范围两个问题。 光学车间
光学零件属于高精度零件。 平面零件的加工精度主要有角度和平面面形； 球面零件的加 工精度要求主要有曲率半径和球面面形。 高精度棱镜的角误差要求达到秒级。 高精度平面面 形精度可达到几十分之一到几百分之一波长。 平面零件的平面性和球面零件的球面性统一称 为面形要求。光学车间一般用干涉法计量，用样板叠合观察等厚干涉条纹（俗称看光圈） 。 表示面形误差的光圈数符号是 N，不规则性（或称局部误差）符号是△N。除面形精度外， 光学零件表面还要有粗糙度要求。 光学加工中各工序的表面粗糙度如表 6-1 所示。 光学零件 抛光表面粗糙度用微观不平十点高度表示为 R2=0.025um ，用轮廓算术平均偏差表示为 R2=0.025um，用符号表示则为 0.008，在此基础上，还有表面疵病要求，即对表面亮丝、擦 痕、麻点的限制。 1.1.2 光学零件加工的一般工艺过程及特点
镀膜符号：④为增透膜， ②为增反镜； Δnd 玻璃材料折射率允许误差，包括对标准值的允差和同一批玻璃中的一致性允差。 Δ(nF—nC) 色散允差，与Δnd 一样同样包括二项： 光学均匀性：玻璃内因折射率渐变造成的不均匀程度，影响零件的鉴别率，以鉴别率表 示；双折射：玻璃存在应力时呈现各向异性，产生双折射现象，以双折射光程差表示；纹： 玻璃中的化学不均匀区， 因折射率不同于主体而出现丝状或层状的疵病， 块料玻璃有从三个 方向检查的，也有二个或者一个方向检验的；气泡：玻璃体内残留气泡程度，有大小与个数 两项指标。
长春理工大学光学冷加工课件绪论
前
言——课程的性质和任务
国内一般工厂能加工出λ/10-λ/20的零件，当有较好的测 试手段，操作人员技术水平高的情况下，也能加工出高精 度的零件，所以，设计再好加工不出来的零件是徒劳的， 无实际意义的。因此，研究如何运用工艺方法来多、快、 好、省地制造光学零件是《光学零件加工技术》这门课程 的主要任务。这也是本专业目前比较受欢迎的原因，因此 我们必须树立坚定的思想，热爱自己专业，热爱自己的工 作，把我国光学工艺提高上去，更上一层楼。
《光学零件加工技术》是实践性很强的一门课程。他简 称光学工艺，顾名思义，即光学零件加工的艺术——即研究 光学零件加工的技能技巧及其有关的基本理论。它是生产实 践中总结出来，并经过生产实践反复验证和不断充实的学 科，特别是随着光学专业的发展，它总结了不断涌现的新材 料、新工艺、新技术，进一步丰富了本学科的内容。
绪
论—高技术牵引和市场需求推动是先
进光学制造技术发展的动力
美国James W. Botkin 指出, 高技术工业的销售额之所 以增长最快, 在于它的技术获得了爆炸性进展。106(即100 万) 这一数字代表着这种技术的发展速度。计算机自从问 世以来, 在以100万计的速度前进。这就是说,今天2 美分可 获得的某一电子功能, 在1950 年需花费20万美元。这里所 说爆炸性进展即指以光刻技术为核心的超大规模集成电路 制造设备与制造工艺技术。光刻线条的宽度成为计算机随 机存储器容量大小的标志。如果说存储器容量由70年代初 1K (1千位) 发展到16K 花费大约10年, 那么在90年代, 光 刻线条由微米发展到亚微米, 64K、256K, ⋯相继问世, 计算 机更新换代的速度已经有日新月异之感。一代制造设备, 一代光刻技术, 一代集成度, 一代计算机, 无可争辩地揭示 了高技术微电子工业与先进光学制造技术休戚相关程度。
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• 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）
• 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
-
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。
-
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%
• 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
• 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
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
-
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
光学玻璃
-
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 Nhomakorabea • 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
-
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。
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）
-
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
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
-
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
-
• 各类氧化物的含量不同，形成玻璃的结构和性质不同
-
• 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）
-
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
-
-
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。
• 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）
• 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。
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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%
• 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
• 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
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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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
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 Nhomakorabea • 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
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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。
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
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
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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
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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。