光学零件加工(总)

第一章 光学材料
种类： 透紫外线玻璃（ZWB）、紫色玻璃（ZB）、青色（蓝色） 玻璃（QB）、绿色玻璃（LB）、透红外线玻璃（HWB）、 防护玻璃（FB）、透紫外线白色玻璃（BB等）。
（二）中性玻璃 特点：在可见光区域内能比较均匀地降低光源的光强度，而不
改变其光谱成分。 作用：主要是做中性滤光片、减光镜。 牌号：AB1，AB2，AB3……，AB10等。
三、无色光学玻璃的质量指标（七项）
（一）折射率、色散系数的允差及一致性 折射率：表示光在空气中的传播速度与在玻璃中的传播
速度之比。 n=C/V （nd、nF、nc） 色散系数：不同波长的光经过折射后，出射点不同。
υd= nd-1
nF-nC
用中部色散nF-nc衡量
第一章 光学材料
① nd、υd的允差（允许差值） 分 0 、 1 、 2 、 3 、 4 四类
我国光学玻璃标准规定：将玻璃分为2大类，用K代表冕牌 玻璃，F代表火石玻璃。每一大类又进一步按nd及υd分为18 个品种。
第一章 光学材料
❖ 冕 牌 玻 璃（8个）： 火 石 玻 璃（10个）：
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2、牌号：ZF9（1～99） 其中F——种类；ZF——品种；ZF9——牌号
同一品种玻璃，它的折射率大致相同相差不多。
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选取原则： ①对于位置靠近或处于像平面上的零件，其材料不允许有气 泡，应使用第0类玻璃。 ②大倍率观察仪器的分划板、分度盘、平行光管、分辨率板， 应采用0类和1类玻璃。 ③照相物镜、双筒望远镜和大地测量仪器的物镜，允许选用 2类D、E级玻璃材料。 ④在望远镜和大口径照像物镜中允许气泡度为E级。
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❖ 例如：K9的成分
由 SiO2：69.13%；B2O3：10.75%；K2O：6.29%； Na2O：10.40%；As2O3：0.36%；BaO：3.07%。
➢ 加入氧化铝（Al2O3），能提高光学玻璃的化学稳定性和机 械强度；
➢ 加入氧化铅（PbO）和氧化钡（BaO），可增大光学玻璃折 射率，但化学稳定性降低；
说明玻璃有像晶体转化的趋势。
第一章 光学材料
③玻璃从熔融状态向固态转化是连续可逆的。
④玻璃无固化点和熔化点。
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❖ 四、玻璃的结构
(一)无规则网络学说认为： 1932年 荷兰 查哈里阿生 1、内容： ①玻璃的原子、离子、或原子团之间的结合，构成一个连续的
网络体； ②网络体呈现出很大的不规则性。 2、一元体系玻璃特性（一元体系玻璃结构）： 例如：SiO2 晶体：石英晶体
第一章 光学材料
（二）光学玻璃的种类 按主要组成成份分： 以SiO2为主要成分的光学玻璃,称之为硅酸盐玻璃；占95% 以B2O3为主要成分的光学玻璃, 称之为硼酸盐玻璃； 以P2O5为主要成分的光学玻璃,称之为磷酸盐玻璃。 硅酸盐玻璃是制造透镜、棱镜等光学零件的主要材料。
❖ 二、物质的玻璃态
物质按结构分晶体和非晶体。 玻璃态的特点：物质内部氧化物的元素以元素的离子状态存 在，它们之间的排列是没有规律的，无固化点和融化点。
显的界限。
强调：远程无序、1-2 无色光学玻璃
一、光学玻璃的组成
光学玻璃是由多种氧化物组成的，这些氧化物分为两大类： 一类氧化物是能生成玻璃网络结构的氧化物，如SiO2、B2O3、
P2O5等，属AO2、A2O3、A2O5型氧化物，称之为玻璃形成体 或玻璃网络体； 另一类氧化物，不能生成玻璃的网络体，只是插入玻璃的网 络结构中间，如Na2O、K2O、CaO、BaO、PbO等，属于 A2O、AO型氧化物，他们称之为玻璃的网络外体。
（四）光吸收系数 E
E：表示白光通过1cm厚的玻璃所吸收的光通量与进入该玻璃
光通量之比。
E﹤0.015=1.5%
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分 00、0、1、2、3、4、5、6 八类。 选取原则：
①凡是与空气临接面较多，玻璃内光程长度较短（20～50mm）的复杂 系统，光的主要损失是反射。因此，这种系统中以及较薄的光学零件， 应采用4～6类玻璃。 ②玻璃内光程较长的零件（棱镜、天文和照相仪器的透镜）、光的透过 系数的降低主要是光的吸收造成的，因此这类零件应选用00～3类玻璃。
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3、二元体系玻璃——Na2OSiO2
化学结构式
第一章 光学材料
（二）“晶子”学说 1921年 苏联 列别杰夫
内容： ①玻璃由无数“晶子”组成； ②所谓“晶子”不同于一般的“微晶”，而是带有点阵变形的
有序排列区； ③它们分散在无定形介质区； ④从晶子区到无定形区的过渡是逐步完成的，两者之间并无明
及化学稳定性的要求，应具有复杂的组成和严格的熔炼过程。
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（一）光学玻璃与普通玻璃的区别: ①折射率：
普通玻璃的组成：SiO2+Na2O+CaO 光学玻璃的组成：成分复杂
现代光学玻璃所含元素几乎遍及化学元素周期表，每一 种光学玻璃都要由硅、磷、硼、铅、钾、钠、钡、钙、砷、 铝等多种氧化物组成。 ②高度透明： ③高度均匀性：各点各处的光学常数和其它一些物理化学性质 一致
nm/cm 2 、 6 、10 、20 、50 以毛坯光程差最大方向之最大部分测的为准。
第一章 光学材料
选取原则：
①干涉仪和天文仪，只能使用双折射为第1类的玻璃。 ②对于高精度的望远镜、准直镜和复制显微镜的物镜以及反射镜，玻璃 的应力双折射应该是第2～3类。 ③照相物镜使用双折射第3～4类玻璃。 ④聚光镜、普通仪器的目镜、放大镜采用双折射第4～5类玻璃。
牌号：例如K609 。 Kn09 以K9玻璃为基底耐辐射能力为10ⁿ伦琴，而且还保持K9 玻璃的光学常数和其它性质。
（二）防辐射光学玻璃 目前我国使用的防辐射玻璃是含铅、含钡量高、密度大的 ZF1、ZF6、ZF7玻璃。
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（三）透红外和透紫外玻璃 目前，国内外红外光学材料发展的重点是适用于1～3μm、 3～5μm和8～14μm波段的光学材料。
第一章 光学材料
❖ § 1-3 有色光学玻璃
第一章 光学材料
①能选择地透过特定波长的光线； 1、作用: ②透过连续光谱中一定宽度的光谱范围的光线；
③均匀地减弱白光的光谱等。 2、组成: 是在基本的无色光学玻璃成分中，加入少量着色剂而
成。 （一）离子着色选择吸收玻璃
着色剂在玻璃中呈离子状态，称离子着色选择吸收玻璃，简 称离子着色玻璃。 离子着色剂，通常采用金属钴、镍、钼、锰、铬、钛、铜的 氧化物。
△nd： ±5x10-5 ±1x10-4 ±2x10-4
…
nF-nc： ±1x10-5 ±1x10-5 ±1x10-5
…
第一章 光学材料
例如：K9： nd=1.5163 0类A级时nd的大小 0类： 1.5158～1.5168 A级： 1.51625～1.51635 0类A级去它们交集。
选取时：
1、光学石英玻璃 含SiO2 99.9%，即可以透红外线，又能透过紫外线。 牌号：JGS1、JGS2、JGS3 。 光谱特性：0.2～4.7μm。 2、铝酸钙玻璃 以CaO、Al2O3为主要成分 透过波长：1～1.5μm。 牌号：HWC31。
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3、高硅氧玻璃 含SiO2达96%，其性能接近于石英玻璃。它的膨胀系数小， 软化温度高，化学稳定性好，熔制温度比石英玻璃低得多。
玻璃：熔石英玻璃
第一章 光学材料
由一个硅原子和四个氧原子构成的硅氧四面体［SiO4］。
熔石英玻璃和石英晶体的结构模型如下
石英晶体
熔石英玻璃
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化学结构式：
由于在熔石英玻璃结构中，只有Si－0键，且键力平衡，结 合牢固。因此，熔石英玻璃具有较高的软化温度、化学稳定 性、机械强度高以及较低的热膨胀系数等特性。
①小批量生产时，高级照相机物镜和高倍的望远镜物镜可选用△nd为1～3 类和υd为2～3类玻璃。大批量生产时选用均为1～2类的玻璃。 ②对于望远镜的第二组分和光焦度不大的透镜、目镜、会聚光路上的棱镜， 可用△nd 和υd均为3～4类玻璃。 ③保护玻璃、分划板、毛玻璃、反射镜、聚光镜、场镜、平行光路中的棱
❖ 概述
光学零件加工技术
光学零件加工技术
光学零件加工技术
光学零件加工技术
❖ 光学零件（按形状分）
透镜：
棱镜：
光学零件加工技术
平面镜：
❖ 工艺条件 ❖ 特殊零件加工
形状特殊、材料特殊
第一章 光学材料
❖ 一、光学材料的种类
光学玻璃：
光学晶体：
KDP类型晶体
第一章 光学材料
光学塑料：
光学玻璃: ①是光学设计最常用的光学材料； ②为满足光学设计对多种光学常数、高度均匀性、高度透明性
➢ 加入氧化钠（ NaCl ），使光学玻璃化学稳定性和机械性能 变差，但可降低熔炼温度；等等。
第一章 光学材料
二、无色光学玻璃的分类及命名（牌号）
大都采用拉丁字母作为品种的标志，在品种标志之后附有牌 号的标志。
1、分类划分界限： 按光学玻璃折射率和阿贝数的大小将其分为冕牌玻璃和火石
玻璃两大类。
例如：德国规定nd＜1.6，υd＞50为冕牌类，其余则为火石类； 日本规定nd＜1.6，υd＞55为冕牌类，其余则为火石类。
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（三）硒镉玻璃 着色剂是采用硒化镉和硫化镉，故称硒镉玻璃。 由于着色剂在玻璃中呈胶态，亦称胶态着色玻璃。 品种：红色（HB）
金色（JB） 橙色（CB）
1—硒镉玻璃；2—离子着色选择吸收玻璃； 3—离子着色中性玻璃
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❖ § 1-4 特种光学玻璃
（一）耐辐射光学玻璃
加入多价离子做抑制剂。二氧化铈（CeO2）就是抑制剂之一。
第一章 光学材料
玻璃态：玻璃在低温固态下仍保留了高温液态的无定形结构。 又称过冷却液体。