光学玻璃性能及相关产品技术资料--光学玻璃中的应力

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光学玻璃应力的自动测试_何勇

图 5 角度 ) 灰度图
人满意的, 它能让测试人员既掌握了整个测试邻域内每一点的应力, 也能知道所测邻域内最大的应力值及其位置。
3 结论及误差分析
采用传统的 1 / 4波片法测应力时, 相应的双折射光程差的测量精度约为 K/180。当试件厚度为 1cm 时, 测定误差约为 ? 3nm。误差的数值随试件厚度 d 的增加而减小。在利用了高精度的图像采集、高精度的角度控制以及精密的算法后, 弥补了因肉眼对光强细微变化不敏锐的缺陷, 达到应力双折射光程差测量精度为 ? 0. 2nm / cm, 重复性为 ? 0. 1nm / cm 。这样使得能用简单的光学测试方法 ) ) ) 1 /4波片法来达到高精度的检测。
Ab stract: Based upon fundam ental g lass stress testing principle of 1 / 4 w ave p late m ethod ang les are contro led by Pho toelectric Encoder. The CCD w hich has a high reso lution and w ithout autom atic ga in has been app lied. And the grab of opt ica l g lass stress pattern w h ich represents the different ang les ' stress is controlled by com puter. T he sam pling po ints can be as m any as 512 @ 512 if required. So ftw are based on the platform o f w indow s 98 im plem ents interferog ram sam p ling and processing . A t the sam e t im e the compu ter draw s a 3D im age o f the stress d istribution. By the experim ent at CYY - 1, its results show that the prec ision is better than 0. 2nm / cm, and the reproducibility is better than 0. 1 nm / cm. Th is system ach ieved the process autom ation and intelligence.

光学玻璃标准

无色光学玻璃该标准适用于直径或边长不大于300mm ，厚度不大于60mm 的无色光学玻璃毛坯（以下简称为玻璃）1．系列、类型和牌号1．1系列无色光学玻璃分为两个系列：（a ）普通光学玻璃系列（P 系列），其牌号序号由1~99；（b ）耐辐射光学玻璃系列（N 系列），其牌号序号由501~599。

1．2类型根据折射率d π和色散系数d ν在d d νπ-领域图（见图1－2）中的位置，无色光学玻璃按表1－1分为18种类型。

表1－1无色光学玻璃类型1．3牌号各牌号玻璃的折射率d π、中部色散C F n -π及色散系数的标准数值按表1－2的规定。

2．质量指标、类别和级别2．1质量指标玻璃按下列各项质量指标分类和分级：（a ）折射率、色散系数与标准数值的允许差值；（b ）同一批玻璃中，折射率及色散系数的一致性；（c ）光学均匀性；（d ）应力双折射；（e ）条纹度；（f ）气泡度；（g ）光吸收系数；（h ）耐辐射性能（N 系列玻璃。

2．2分类分级2．2．1折射率、色散系数2．2．1．1根据折射率及色散系数与标准数值的允许差值，玻璃按表1－3和表1－4各分为6级。

表1－3无色光学玻璃允许差值表1－3和表1－4中的4类仅适用于n d 大于1.82的玻璃2．2．1．2根据同一批玻璃中，折射率及色散系数的最大差值，玻璃的一致性按表1－5分为4级。

表1－5玻璃一致性的分级2．2．2光学均匀性光学均匀性指同一块玻璃中各点折射率的不一致性，是由于退火炉内各处温度不均匀所引起的。

光线通过一块折射率不均匀的玻璃时，会使各部分光程产生不规则的变化，因而影响光学系统的成像质量。

按国家标准规定，当玻璃直径或边长不大于150mm 的无色光学玻璃毛坯的光学均匀性用分辨率的比值法表示；玻璃直径或边长为150mm~300mm 的无色光学玻璃（称大块光学玻璃）的光学均匀性以一块玻璃中各部位间的折射率微差最大值表示。

光学玻璃强化应力值测试

光学玻璃强化应力值测试光学玻璃强化应力值测试是一项重要的技术，它可以用来评估光学玻璃的强度和耐久性。

在光学设备中，玻璃是一种常用的材料，用于制造透镜、窗户和其他光学元件。

为了确保这些元件能够承受各种应力和环境条件，对光学玻璃进行强化应力值测试是必要的。

光学玻璃强化应力值测试的目的是确定玻璃的强度和耐久性。

在测试过程中，会对玻璃样品施加压力，以模拟实际使用条件下的应力情况。

通过测量玻璃样品在不同压力下的变形和破裂情况，可以得出其强度和耐久性指标。

在进行光学玻璃强化应力值测试时，需要使用一些专用设备和工具。

首先，需要一个测试台架，用于支撑和固定玻璃样品。

其次，需要一个压力机，用于施加压力到玻璃样品上。

还需要一些测量仪器，如应变计和压力传感器，用于测量玻璃样品在不同压力下的变形和应力情况。

在进行光学玻璃强化应力值测试之前，需要准备好测试样品。

通常情况下，会选择一些具有代表性的玻璃样品进行测试。

这些样品可以是从生产线上抽取的，也可以是根据特定要求制造的。

在进行光学玻璃强化应力值测试时，需要注意一些关键问题。

首先，需要确定施加到玻璃样品上的压力范围。

这个范围应该能够覆盖实际使用条件下的应力情况。

其次，需要确定测试的时间和温度条件。

这些条件应该与实际使用条件相匹配，以确保测试结果的准确性和可靠性。

在进行光学玻璃强化应力值测试时，需要进行一系列的实验和测量。

首先，需要将玻璃样品放置在测试台架上，并固定好。

然后，使用压力机施加压力到玻璃样品上，并记录下相应的变形和应力数据。

根据这些数据，可以计算出玻璃样品的强度和耐久性指标。

通过光学玻璃强化应力值测试，可以评估玻璃样品在不同应力条件下的性能表现。

这些测试结果可以帮助制造商改进产品设计和制造工艺，以提高光学玻璃的质量和耐久性。

同时，这些测试结果也可以为用户提供有关产品使用限制和注意事项的参考信息。

总之，光学玻璃强化应力值测试是一项重要的技术，它可以用来评估光学玻璃的强度和耐久性。

一种测量光学玻璃应力的光谱方法

m 2P+ U= 2KP1 Q( K1 ) d
( 6)
(m - 1) 2P+ U= 2KP2 Q( K2 ) d
由式 ( 6)得到级次 m 为:
m=
1-
K1 K2
Q( K2 ) Q( K1 )
U- 2P
2P
K1 K2
Q( Q(
K2 K1
) )
-
1
U= P; m = 0, 1, 2, 3, , ( 7)
片, 得到其 K) T 曲线; 此时, 曲线在 633 nm 处出
现极大值。然后插入被测玻璃, 玻璃应力引入新
的延迟量, K) T 曲线极大值点开始偏移 633 nm 到新的位置 K。这样便可通过两次测量的极值位
置得到延迟量的变化量, 即由玻璃应力引起的延
迟量。此延迟量一般用钠黄光 ( K= 58913 nm )通过 1 cm 厚的玻璃 o 光和 e 光产生的光程差来表
光谱扫描精度为 0125 nm 时, 系统测量误差小于 014 nm。
关键词: 光学玻璃; 光谱方法; 应力测量
中图分类号: TM 930. 12
文献标志码: A
文章编号: 1671- 0436( 2010) 04- 0062- 04
A Spectroscop ic M ethod for M easuring Stress of Optical G lass
K ey w ord s: opt ical g lass; spectro scopic m etho d; stressm easure
0 引言
光学玻璃在退火不均匀或者光学元件安装不当时都会在内部产生应力, 从而出现双折射性质, 使通过光学玻璃的波面发生变形, 严重影响光学元件的成像质量, 因此在加工光学元件前, 必须对玻璃材料的应力进行测量, 否则会造成严重的浪费和损失。同时, 应力的大小是衡量光学玻璃性能的重要指标之一, 因此精确地测量光学玻璃的应力是非常必要和有意义的。

玻璃产品的技术性能参数及设计

玻璃产品的技术性能参数及设计玻璃抗风压及地震力设计（引自《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003） <一> 有框玻璃幕墙玻璃设计a) 有框玻璃幕墙单片玻璃的厚度不应小于6mm ，夹层玻璃的单片厚度不宜小于5mm ；夹层玻璃和中空玻璃的单片玻璃厚度相差不宜大于3mm 。

b) 单片玻璃在垂直于玻璃幕墙平面的风荷载和地震力作用下，玻璃截面最大应力应符合下列规定： i. 最大应力标准值可按照下列公式计算：1.ησ226t a mw k wk=2.ησ226ta mq EK EK= 3. 44Et a w k =θ或44)6.0(Eta q w EK k +=θ表2：折减系数ηc) 单片玻璃的刚度和跨中挠度应符合以下规定：1. 单片玻璃的刚度D ，按照：)1(1223v Et D -=计算。

2. 玻璃跨中挠度u 可按照下式计算：ημDa w u k 4=四边支撑板的挠度系数：3. 在风荷载标准值作用下，四边支撑玻璃的最大挠度u 不宜大于其短边尺寸的1/60d ）夹层玻璃可按照下列规定进行计算：1. 作用于夹层玻璃上的风荷载和地震作用可按下列公式分配到两片玻璃上：3231311t t t w w kk +=（1）3231322t t t w w kk +=（2）3231311t t t q q Ek EK +=（3）3231322t t t q q EkEK +=（4）2. 两片玻璃可各自按照第1，2条的规定分别进行单片玻璃的应力计算；3. 夹层玻璃的挠度可按照第1，3条的规定进行计算，但在计算刚度D 时，应采用等效厚度t et e 可按照下式计算：32313t t t e +=（5）其中：t 1,t 2分别为各单片玻璃的厚度（mm ）e) 中空玻璃可按照下列规定进行计算1．作用于中空玻璃上的风荷载标准值可按下列公式分配到两片玻璃上：i. 直接承受风荷载作用的单片玻璃：32313111.1t t t W W k k +=（1.5-1）ii.不直接承受风荷载作用的单片玻璃：32313221.1t t t W W k k +=（1.5-2）2. 作用于中空玻璃上的地震作用标准值，可根据各单片玻璃的自重计算。

基于光干涉法的光学玻璃应力测量方法研究

基于光干涉法的光学玻璃应力测量方法研究
光学玻璃应力测量方法基于光干涉原理，通过测量光波在不同应力下经过玻璃时的折射率变化来获得玻璃应力的信息。

该方法具有高精度、非接触、无损、可实时测量等优点，被广泛应用于材料力学、地质学、工程领域等。

基于光干涉法的光学玻璃应力测量方法主要包括以下几个方面：
1. 基本原理：光干涉是指两束光波在相遇时发生干涉现象，干涉结果取决于两波的相位差。

玻璃表面的微小应力会导致光的相位差发生变化，因此可以通过测量光干涉条纹的变化来获得玻璃的应力信息。

2. 实验装置：实验装置包括激光光源、光学元件、检测器等。

激光光源发出单色、相干的光波；光学元件包括透镜、反射镜、波片等，用于调整和分割光路；检测器用于探测干涉条纹的变化。

3. 测量方法：测量方法分为直接法和间接法。

直接法是指将光束垂直入射到玻璃表面上，通过观察干涉条纹的变化来测量应力。

间接法是指将光束从侧面或背面照射到玻璃上，通过测量不同入射角度下的反射光干涉条纹来计算表面应力。

4. 应力分析：应力分析是将测量结果转化为应力分布的过程，常见的方法有线性回归法、有限元法、逆向分析法等。

总之，基于光干涉法的光学玻璃应力测量方法具有高精度、非接触、无损、可实时测量等优点，在材料力学、地质学、工程领域有着广泛应用前景。

光学玻璃知识介绍

高温
高温
4
•
• •
二、物理特性
1、玻璃物质形态玻璃并非严格意义上的固体，玻璃熔炼体在冷却过程中没有确定的固化温度，玻璃保留了液态分子无规则排列的结构，即低温的固态保留了高温液态的无定性结构，称为玻璃态。 2、玻璃的物理特性各向同性：玻璃的性质如硬度、弹性模数、折射率等在各向测得的数值相同介稳状态玻璃从熔融态向固态转化过程是连续可逆的
光学玻璃
1
内容介绍
• • • • • • 前言玻璃种类无色光学玻璃主要光学玻璃厂家及产品其他常用光学玻璃一些实例
2
前言
• • • 光学材料是光学仪器的最重要组成部分，而光学材料是光学零件加工的对象。光学材料有光学玻璃、光学晶体和光学塑料等。一、光学玻璃组成光学玻璃与普通玻璃的主要区别：关系玻璃具有高度透明性、物理及化学上的高度均匀性以及特定和精确的光学常数。光学玻璃含有元素周期表中的大部分元素，只是组成和含量不同而已。通常光学玻璃的主要成分是二氧化硅，又称石英砂，熔炼玻璃时都要加入其他物质以改善玻璃的性能和满足关系系统成像的需要。如加入Al2O3可以提高玻璃化学稳定性和机械强度；加入氧化铅和氧化钡可以增大玻璃折射率，但化学稳定性降低；加入氧化钠可以降低熔炼温度；此外还可根据需要加入其他多种氧化物。
22
5、光吸收系数是指光通过任何物质时，一部分光能被介质所吸收。玻璃虽是透明物质，也有吸收，只是他的吸收系数比非透明物质小很多。
23
6、条纹度条纹度是指因折射率显著不同而造成的透明的、丝状的疵病程度。条纹属于光学玻璃内部化学成分上的不均匀，产生的原因是在熔炼过程中各种成分混合和搅拌不均匀造成
12
• 无色光学玻璃分类根据折射率n d和色散系数υ d 在n d -υ d 领域图中的位置和玻璃的组成，无色光学玻璃按下表分为16 类

光学玻璃性能手册_图文

前言 5 1 光学性质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1 折射率,阿贝常数,色散,玻璃标号 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 折射率和阿贝数常数的公差 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3 折射率和色散的测试报告 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4 折射率均匀性 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.5 内部透过率,色码(着色度 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 内部特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2.1 条纹度 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2.2 气泡和杂质 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162.3 应力双折射 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183 化学特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 3.1 耐潮性 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 3.2 耐腐性 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 3.3 耐酸性 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 3.4 耐碱性及耐磷酸盐性 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 3.5 表面可见变化的判别标准 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253.6 环境因素,有害物质及 RoHS 认证 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 机械性能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 4.1 Knoop 硬度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 4.2 易磨性 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.3 粘度 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284.4 线性热膨胀系数 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 热学性能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 5.1 热传导 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315.2 热容 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 供货质量标准 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 6.1 标准供货质量 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326.2 特定级别供货质量 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 供货型式及尺寸公差 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 7.1 原材料 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 7.2 切割料 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357.3 压型料 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398 用于精密模压的光学玻璃 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429 光学材料产品系列 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 9.1 首选玻璃牌号 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 9.2 定制玻璃牌号 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 10 公式和波长列表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454120多年来, SCHOTT 一直供应种类繁多的高质量光学玻璃。

玻璃应力的测定

若识别干涉色有困难，可用标准片作对照。标准片分寻常光与非常光两个振动方向排列，共分8小格，从1/8到1(近似值)，每格光程差为60~80nm，具体数值注在盖板上。
四、实验步骤
仪器应放在半暗室内工作。操作如下：
1．把电源插头插在220V交流电源上。 2．把待测试样放在台面玻璃中心。 3．旋转试样使视场中出现亮度最大的干涉色 (没有应力的试样，不论怎样旋转，视场中始终是紫红色，有应力的试样旋转时会出现两种亮度最大的干涉色)。 4．根据干涉色查表或对照标准片，确定光程差R的大小。 5．由R/d值确定玻璃应力级别。
干涉色决定于光程差的大小。光程差由下式表示：
=R/d
式中R——光程差(nm)；
d——被测试样厚度(cm)；
——单位厚度上的光程差(nm/cm)。
上述系统(没有全波片)的缺点是仪器不灵敏。就是当光程差在200~300nm以下时。干涉色只呈现或明或暗的灰白色。光程差愈小，灰白色愈不易显示出来。同时光程差有微小改变时，干涉色不易辩别出变化、因此不能满足较小光程差的精确测量。为此，在系统中放入一块附加光程差为560nm的全波片7，起到了灵敏色片的作用，在视场中呈一级紫红色。
2．测量原理
本应力仪采用的是偏振光干涉原理。仪器的光学系统如图2所示。
由光源1发出的光束，通过隔热片2聚光镜3、 4，反射镜5和起偏镜6变为平面偏振光，再通过发散镜8，台面玻璃9，投射到被测试样上。如果这个试样具有双折射性质(即有内应力)的，平面偏振光就分解为振动方向互相垂直的寻常光和非寻常光(这里暂不考虑全波片的作用)。因两者传播速度不同，透出试样后，就产生了一个光程差，最后通过检偏镜11将看到寻常光和非常光在同一平面内产生的具有应力特征的干涉色图。

光学玻璃性能参数及解释和代号

序成都光明光电股份有限公司始建于1956年，是中国最大的光学材料制造商，其光学玻璃的产量数年连续世界第一。

公司开发力量雄厚，光学材料生产技术和设备先进，检验测试手段完善。

公司持之以恒地进行产品研发、永无止境地追求质量最优，目前能提供200多个牌号的光学、光电子玻璃。

本目录中主要列出了无铅、砷、镉的环境友好玻璃、镧系玻璃以及低软化点玻璃（LSG）、高透过（Hi-Tran）玻璃牌号，同时也保留了部分含铅和砷的玻璃牌号。

与2012年版相比，本版次完善了部分牌号的性能指标，同时新增了公司最新研究开发的一些光学玻璃牌号供你参考选择。

成都光明光电股份有限公司2013年2月修订目录1 光学玻璃牌号分类和命名 (4)1.1 光学玻璃牌号分类 (4)1.2 光学玻璃牌号命名 (4)1.3 无铅、砷、镉玻璃牌号的命名 (4)1.4 低软化点玻璃牌号命名 (4)1.5 高透过玻璃牌号的命名 (4)2 光学性能 (5)2.1 折射率 (5)2.2 色散和阿贝数 (5)2.3 色散公式 (5)2.4 相对部分色散 (6)2.5 应力光学系数B (6)2.6 内透射比τ (7)2.7 着色度（λ80 /λ5） (7)2.8 折射率温度系数(Δn/ΔT) (7)3 化学性能 (7)3.1 抗潮湿大气作用稳定性RC（S）（表面法） (7)3.2 抗酸作用稳定性R A（S）（表面法） (8)3.3 耐水作用稳定性D W（粉末法） (8)3.4 耐酸作用稳定性D A（粉末法） (8)4 热学性能 (8)4.1 热膨胀系数α (9)4.2 转变温度Tg (9)4.3 弛垂温度Ts (9)4.4 应变点T1014.5 (9)4.5 退火点T1013 (9)4.6 软化点T107.6 (9)4.7 热传导系数λ (9)5 机械性能 (10)5.1 杨氏模量E、剪切模量G和泊松比μ (10)5.2 Knoop硬度HK (10)5.3 磨耗度FA (10)5.4 密度ρ (11)6 玻璃质量指标 (11)6.1 折射率n d 和阿贝数υd 与标准值的允许偏差 (11)6.2 光学均匀性 (11)6.2.1 尺寸小于150mm的玻璃毛坯 (11)6.2.2 尺寸大于150mm的玻璃毛坯 (11)6.3 应力双折射 (12)6.3.1 中部应力 (12)6.3.2 边缘应力 (12)6.4 条纹度 (12)6.5 气泡度 (13)6.6 光吸收系数 (13)7 耐辐射玻璃及其耐辐射性能 (13)8 玻璃供货形式 (14)8.1 光学玻璃块料 (14)8.2 光学玻璃条料 (14)8.3 光学玻璃压型坯料 (14)8.3.1 光学玻璃一次压型坯料 (16)8.3.2 光学玻璃二次压型坯料 (14)8.4 光学玻璃果形料（或称Gobs料） (15)8.5 其他 (15)9 相互检索目录 (53)数据表F K (65)QK (67)K (71)BaK (83)ZK (91)LaK (107)QF (127)F (141)BaF (155)ZBaF (163)ZF (177)LaF (209)ZLaF (223)KF (237)TF (239)ZPK (241)D (243)无色光学玻璃1 光学玻璃牌号分类和命名1.1 光学玻璃牌号分类根据折射率n d 和色散系数νd 在n d -νd 领域图中的位置和玻璃组成，无色光学玻璃按表1分为17类。

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熔炼和浇铸后，玻璃第一次被冷却下来。这种初始的粗退火相对较快，会在玻璃中产生机械应力。对以后的加工，比如切割，应力可能太高，因此，必须要在精密退火过程中减小机械应力。在精密退火过程中，玻璃被加热到应力被完全释放的温度。晶体从固态到液态的转变正好出现于其熔化温度（Tm）。与晶体不同的是，光学玻璃没有固定的熔化温度。光学玻璃是随温度的变化逐步变软或逐步变硬的。玻璃的粘度随温度变化而变化。图 1 表示玻璃粘度与温度的关系。粘度曲线可以划分成几个特征区段。不同的玻璃到达这些特征区段的温度是不同的。
图 4：升温速度不变，经过不同的时间点后玻璃中的应力与温度分布情况根据图 3 所给的退火温度程序，图 4 表示玻璃在升温过程中发生的情况。玻璃在升温过程中产生的应力为压应力。假设在室温（t0）时玻璃有应力分布，表面应力表现为压应力。由于玻璃的热导率低和实用性加热速率的使用，在加热过程中，玻璃中心部位的温度总是比表面温度低。玻璃中心与表面之间的实际温度差值大小与玻璃牌号，几何尺寸和退火速率有关，。退火速率加快，玻璃厚度增加，玻璃中的这种温差也会加大。由于加热过程中的温度分布，压应力也会增加（t1），直到温度升到转变温度为止。在转变温度时，玻璃结构弛豫，变成完全无应力状态（t2）。为了加快应力释放过程和保证玻璃各个部分的温度都达到转变温度，玻璃加热温度要稍微比 Tg 高。此温度在一定的时间内保持不变（t3），直到玻璃中各处的温度一致为止。
1．玻璃中机械应力的产生
玻璃中机械应力的产生主要有两方面的原因。退火过程和玻璃化学组分的变化都可能产生机械应力。化学不均匀能够导致热膨胀系数的局部变化，从而产生永久性机械应力。浇铸前通过均化处理，可以使化学组分的变化保持到很低的水平，以至使其对产生机械应力的作用可以忽略不计。
1.1 退火时产生的机械应力
n
K
K
——
(n n0 ) /
n0
——无应力时玻璃的折射率
——机械应力（张应力为正值）
应力光学常数 K 的单位是 mm2/N，应力的单位是 N/mm2 或是更常用的 MPa。应力光学常数 K 采用四边弯曲法测量，波长 =589.3nm，环境温度为 21℃。测量精度为± 3%，或± 0.06×10-6mm2/N。通常情况下，应力光学常数的大小与玻璃牌号、波长和温度有关。对绝大多数的牌号玻璃来说，在可见光范围内，K 基本上是个常数。但像 SF 类的高含铅玻璃，则表现出应力光学常数与波长有明显的关系（见图 7）。
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外就是关于 SF57 玻璃应力测量。
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SF57 玻璃应力测量波长为 440nm，因为在这个波长测量，应力光学常数大约要高 10 倍。关于 SF57 玻璃应力测量的更多信息见参考文献[5]。其它商用检测设备可能使用别的波长（比如，He-Ne 激光，波长 633nm）。对于厚度和应力双折射都较小的样品， De Senarmont and Friedel 方法并不适用。对于这些情况，我们有改进型测量方法，测量精度提高一个数量级。
起的折射率变化可以用另外的方法测量（比如：干涉法）。图 6 表示折射率变化与施加压应力和张应力的关系。高折射率的碱-铅-硅酸盐玻璃（重火石玻璃）会因为较小的应力双折射
n n
出现相对较大的折射率绝对变化。另一方面，硼硅
n n
酸盐玻璃（硼冕玻璃）则由于相对较大的应力双折射对变化。
出现较小的折射率绝
n n0 n
；和/或
n n0 n
n
，式中
n0
是各向同性介质的折射率。对
于小的机械应力，折射率变量力光学常数：
K dn / d
和
n
与机械应力成正比。其微商称为应
K dn / d
普通的应力测量方法只能测量应力双折射
n n
。由永久应力或暂时应力引
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图 1：a）玻璃粘度与温度的关系；b）Tg 在体积/温度图中的定义从液态转到固态的相变称为―退火温度范围‖。退火温度的上下限温度规定如下： ·退火点上限温度：该温度是退火温度的上限温度。在此温度，玻璃开始从固态转变到液态。在这个温度，玻璃中的机械应力 15min 内就会被完全释放。 ·应变点温度：该温度是退火温度的下限温度，是玻璃的固化温度。在此温度，玻璃中原有的应力不太可能变化，或被释放，因为玻璃需要花较长时间来逐渐变硬，除非对其进行加热，重新退火。退火温度范围，最常用的温度是转变温度 Tg[1]。转变温度就是玻璃―体积/ 温度‖测量图中，曲线切线延长线的交点对应的温度（见图 1b），通常采用测量热膨胀的方法来确定。Tg 温度点的粘度一般在 1013dPas~1013.6dPas 之间。每个牌号玻璃都有自己特有的转变温度。各种牌号的玻璃， Tg 值一般在 300℃~800℃之间，比如，N-BK7 玻璃的 Tg 值为 557℃。从理论上讲，只要在退火温度范围内，在任何温度下应力都能被释放。玻璃的粘度越低，应力释放越快，但玻璃越难处理，因为在自身重量下玻璃容易变形。因此，为了释放应力，通常应把玻璃加热到比转变温度稍高一点的温度。
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图 5: 冷却过程中，经过不同的时间点后玻璃中的应力与温度分布情况降温冷却阶段是光学玻璃精密退火最关键的阶段（见图 5）。冷却过程中，玻璃由于对流或辐射的原因总是通过其表面散发热量。冷却过程中，玻璃中心部分的温度总是比表面温度高。因此，冷却开始（t4）后就会在玻璃中引起温度分布。这种温度分布与退火速度和玻璃大小有关。但此时整个玻璃的温度仍然在 Tg 以上，因此玻璃仍然保持无应力状态。玻璃冷却到 Tg 以下后，只要温度分布相对应的冷却速率保持不变（t5），玻璃就会或多或少的弛豫无应力状态。只有在室温情况下，玻璃的内部温度才能达到平衡。而当表面温度已经冷却到室温时，玻璃中心温度还在继续往下降。由于玻璃的热膨胀系数，玻璃中心部分收缩。中心部分的收缩对玻璃表面形成压应力（t7）。应力大小与我们在退火冷却开始时采用的退火速度有关。因此，在这个区间退火速度应当尽可能地慢。通过这个退火区间后，温度已低于应变点温度，玻璃内部残存的机械应力被―冻结‖。在应变点温度以下，无论采用什么退火速度，内部残存的机械应力都不会被改变。通常情况下，当温度远低于 Tg 温度时，可采用较快的退火速度将玻璃冷却到室温。增大退火速度会造成急剧的温度分布（t6），且会导致暂时性的张应力，可能导致玻璃炸裂。因此，冷却速度也不能太快。不过这个时候产生的应力只是暂时性的，当玻璃温度平衡后会自己消失。最后留下来的内应力及应力分布只与在 t3 和 t4 之间引起的温度分布有关，这段时间才是真正的退火时间。
图 8：有应力的 N-BK7 玻璃应力双折射采用―De Senarmont and Friedel‖ 方法测量。双折射测量通常采用白光光源的 545nm 波长（人眼最灵敏的波长）。测量装置如图 9 所示。
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图 2 表示典型的退火温度曲线。第一阶段玻璃被加热到 Tg 以上的温度，保温一定时间后开始进行精密退火。玻璃以非常慢的速度冷却到 Tg 温度以下。当温度远低于 Tg 时，冷却速度可以加快。退火时间的长短与玻璃的体积大小强相关，大尺寸玻璃需要更长的退火时间。
K 可以是正值或负值。
在单轴应力状态，应力光学常数 K 由下式定义：
s (n n ) d ( K K ) d K d
式中： s ——光程差
d ——样品通光长度
n
——平行于应力方向振动光的折射率 ——垂直于应力方向振动光的折射率 ——
(n n0 ) /
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四、光学玻璃中的应力
0．引言
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玻璃中永久性内应力的大小，分布与退火条件、玻璃牌号、玻璃大小和几何形状等有关。这种应力会引起双折射，双折射的大小与玻璃的应力光学常数有关。为保证毛坯玻璃内的应力双折射尽可能低，并满足应用要求，SCHOTT 对此进行了深入的研究。有关玻璃中机械应力的产生、应力双折射的定义和测量、应用中的重要性和 SCHOTT 玻璃应力双折射技术指标等，本技术资料给予了全面的介绍。
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图 7：SF 类牌号玻璃应力光学常数与波长的关系[1]
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应力双折射的测量
将样品放在两个正交的偏振片之间就能直观地看到应力双折射。完全没有应力的玻璃为全黑。图 8 表示放在两个正交偏振片之间的一块 N-BK7 玻璃，亮的地方说明有应力。
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图 6：折射率变化与外部施加压应力和张应力的关系图中：
n
n
——平行于应力方向振动光的折射率变化量
——垂直于应力方向振动光的折射率变化量
退火过程中产生的永久应力和折射率不均匀性，通常情况下是非常小的。但是，对于精密光学系统所用的大口径玻璃和棱镜玻璃，如果要求特别高的光学均匀性，这种小的残余应力引起的折射率变化则是有影响的。比如高压容器的窗口的热增强玻璃片，，其高应力会引起折射率的明显变化。在小尺寸的光学系统中，因温度变化产生的暂时应力通常情况下可以忽略不计。对于大的光学系统，温度变化产生的暂时应力则是有影响的。重要的是要保证光学元件在装配中无应力。