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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

折射率与标准数值的允许差值

色散系数与标准数值的允许差值

类别

折射率nd允许差值

色散系数vd允许差值

0

±3×10-4

±0.3%

1

±5×10—4

±0.5%

2

±7×10-4

±0。7％

3

±10×10-4

±0。9%

4

±20×10-4

±1。5％

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.

表1—2:光学均匀性

类别

1

2

3

4

ф/ф0

1.0

1。0

1。1

1.2

1类或2类还应测星点.

玻璃直径或边长大于150mm,称大块光学玻璃,根据玻璃各部位间折射率微差值最大值Δnmax分类。如表1-3.

表1-3:大块光学玻璃光学均匀性

类别

H1

H2

H3

H4

Δnmax

±2×10—6

±5×10—6

±1×10—5

±2×10-5

3。应力双折射

光学玻璃的应力分中部应力（张应力）和边缘应力（压应力)。

中部应力:按长度单位上中部应力的最大光程差δnmax（nm/cm）分类:

表1-4:光学玻璃中部应力双折射分类

类别

1

1a

2

3

δnmax（nm/cm）

2

4

6

10

边缘应力:按单位厚度的最大光程差δnmax（nm/cm）分类:

表1—5:光学玻璃边缘应力双折射分类

类别

D0

D1

D2

D3

δnmax（nm/cm）

3

5

10

20

4.条纹度

条纹是玻璃内部折射率的局部不均匀引起。

边长或直径小于150mm,称小块光学玻璃,分四类；

表1-6:小块光学玻璃条纹度

类别

光阑孔径

投影距离L2（mm）

投影距离L1（mm）

观察结果

00

1

650±300

2000±100

无条纹影象

0

2

650±300

2000±100

1

3

250±10

750±30

2

4

250±10

750±30

长度《12mm,

每300cm3中《10条,间距》10mm

边长或直径大于150mm,为大块玻璃,分四类；

表1—7:大块光学玻璃条纹度

类别

光阑孔径

投影距离L2（mm)

投影距离L1（mm）

观察结果

D0

0。5

2500±100

8000±200

无条纹影象

D1

2

2500±100

8000±200

D2

2

2500±100

8000±200

有细小条纹影象,间距间距》40mm

D3

2

2500±100

8000±200

1。直径或边长《250mm,允许有1条,长度《玻璃直径或边长的1/4；

2.直径或边长》250mm,允许有3条,长度《玻璃直径或边长的1/3

2.直径或边长》250mm，允许有3条,长度《玻璃直径或边长的1/3

按观察玻璃的方向数,