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光学玻璃

 

无色光学玻璃
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       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πd和色散系数νdπd-νd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

玻璃类型
玻璃类型
代号
名称
代号
名称
FK
氟冕玻璃
QF
轻火石玻璃
QK
轻冕玻璃
F
火石玻璃
K
冕玻璃
BaF
钡火石玻璃
PK
磷冕玻璃
ZbaF
重钡火石玻璃
BaK
钡冕玻璃
ZF
重火石玻璃
ZK
重冕玻璃
LaF
镧钡火石玻璃
LaK
镧冕玻璃
ZlaF
重镧钡火石玻璃
TK
待冕玻璃
TiF
钛火石玻璃
KF
冕火石玻璃
TF
特种火石玻璃

1.3牌号
各牌号玻璃的折射率πd、中部色散πFnc及色散系数的标准数值按表1-2的规定。
1-2(略)

玻璃牌号
折射率(nd
中部色散
色散系数(vd
 
K9
1.51637
0.008060
64.07
冕玻璃
BaK7
1.56889
0.01050
59.67
钡冕玻璃
……
……
……
……
……

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
2.21.1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

类别
折射度nd允许差值
类别
折射率nd允许差值
00
0
1
±2×104
±3×104
±5×104
2
3
4
±7×104
±10×104
±20×104

表1-4允许差值

类别
色散系数vd允许差值
类别
色散系数vd允许差值
00
0
1
±0.2%
±0.3%
±0.5%
2
3
4
±0.7%
±0.9%
±1.5%

表1-3和表1-4中的4类仅适用于nd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

级别
同一批玻璃中的最大差值
折射率
色散系数
A
B
C
D
0.5×104
1×104
2×104
0.5%
在所定类别内
在所定类别内

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,当玻璃直径或边长为150mm的无色光学玻璃毛坯的光学均匀性用分辩率的比值法表示;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。
2.2.2.1玻璃的光学均匀性以分辨率的比值a/a0表示时,按表1-6分为4类。
表1-6玻璃光学均匀性的分类

类别
a/a0最大比值
星点图
1
1.0
中央是一个明亮的圆斑,外面是些同心的圆环,但不应出现断裂、尾翘、畸角及扁圆变形等。
2
1.0
中央是一个明亮的圆斑,外面是些同心的圆环,所有圆环趋向一致,大致保持圆形,两环之间的间隔大体相等,每个环的宽度允许有变化,但不应有断裂、尾翘、畸角等。
3
1.1
——
4
1.2
——

注:a0代表平行光管的理论分辨率;a代表玻璃放入平行光管后的分辨率。
 
2.2.2.2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△nmax表示时,按表1-7分为4类。
 
1-7

类别
折射率最大微差△nmax
H1
H2
H3
H4
±2×10-6
±5×10-6
±1×10-5
±2×10-5

2.2.3应力双折射
光学玻璃的内应力是指退火时各处温度不均匀而带来的应力。其危害为:
(1)    应力较大时,在光学加工过程中,容易引起玻璃炸裂;即使应力不大时,也容易使光圈变坏。
(2)    产生与杂散光相类似的影响,造成像质变坏。
(3)    应力分布不均匀,导致折射率不均匀,使通过玻璃后的光波波面变形,像质也会变坏。光学玻璃的应力分为中部应力与边缘应力。按规定,小块玻璃检验中部应力;大块玻璃(直径大于150mm和重量超过3kg)除了检验中部应力,还在检验边缘应力。
2.2.3.1玻璃的应力双折射以其最长边中部单位厚度上的光程δ(nm/cm)差表示时,按表1-8分为4类。
 
1-8

类别
玻璃中部光程差δ(nm/cm
1
1a
2
3
2
4
6
10

2.2.3.2玻璃的应力双折射以其距边缘5%直径或边长处单位厚度上的最大光程差δ(nm/cm)表示时,按表1-9分为4类。
 
1-9

类别
玻璃边缘最大光程差异δmaxnm/cm
S1
S2
S3
S4
3
5
10
20

 
2.2.4条纹度
条纹是指玻璃内部折射率的局部不均匀,外形如线状条纹,类似于圆柱透镜,引起光线方向的变异,主要是由于光学玻璃熔炼过程中各部分,成分不同引起的。最易引起条纹的玻璃是ZF类,其次为F、BaF、BaK等。
 
2.2.4.1玻璃用投影条纹仪从规定方向观测时,条纹度按表1-10分为4类。
 
 
表1-10玻璃条纹度分类(mm

 
类别
 
光阑孔径
玻璃与投影屏间的距离
光阑与投影屏间的距离
 
在屏上观测结果
00
0
1
2
1
2
3
4
650±30
650±30
250±10
250±10
2000±100
2000±100
750±30
750±30
无任何条纹影像
无任何条纹影像
无任何条纹影像
每300cm3玻璃中请允许有长度小于是2mm的条纹影像10根,但彼此相距不得小于10mm

2.2.4.2根据规定观察玻璃的方向数,玻璃条纹度按表1-11分为3级
表1-11玻璃条纹度分级

级别
观察玻璃方向数
A
B
C
3
2
1

2.2.5气泡度
玻璃中的气泡相当细微的凹透镜,引起光的散射和折射。最容易引起气泡玻璃是含有BaO的BaK、BaF、ZK等。
2.2.5.1玻璃的气泡度类别根据其直径或最大边长及所含最大气泡的直径,按图1-1(略)分为3类。
2.2.5.2玻璃的气泡度级别根据每100cm3玻璃内允许含有气泡的总截面积(mm2)的大小,按表1-12分为7级(结石、结晶体及其它内含物亦作为气泡计算。扁长气泡取最长轴和最短轴的算术平均值为直径计算截面积)。
表1-12玻璃气泡度分级(mm2/100mm3

级别
直径 径φ≥0.05mm气泡的总截面积
A00
A0
A
B
C
D
E
>0.003~0.03
>0.03~0.10
>0.10~0.25
>0.25~0.50
>0.50~1.00
>1.00~2.00
>2.00~4.00

光学玻璃的气泡度级别也可根据每100cm3玻璃内允许含有的气泡数量按表1-13分为7级
表1-13玻璃气泡度分组

气泡级别
每100cm3玻璃中,直径φ≥0.05mm的气泡平均数(个)
a00
a0
a
b
c
d
e
1
2
3.3
10
30
90
180

结石、结晶体及其它内含物亦作为气泡计算;扁长气泡的直径为最长轴和最短轴的算术平均值。
2.2.6光吸收系数
在“应用光学”中曾介绍过光束通过透明介质时吸收损失的计算公式为   F2=F1`e-kι
公式中:ι为透明介质厚度,以厘米为单位;F1`为入射到厚度为ι的透明介质的光通量;F2为通过厚度为的透明介质后的光通量;K为光的吸收系数。
我们称因子e-kl为透明介质的内透过率,用τ表示,即τiλ=e-kι  
对上式两边取自然对数,得1nτiλ=-kι或k=-1nτiπ/ι
若取为单位长度(1cm),则k=-1nτ,这就是说:玻璃的光吸收系数用白光通过下班中每厘米路程的内透过率的自然对数的负值表示,按表1-14分为8类。
 
1-14玻璃光吸收系数分类
 

类别
光吸收系数最大值
类别
光吸收系数最大值
00
0
1
2
0.001
0.002
0.004
0.006
3
4
5
6
0.008
0.010
0.015
0.030

 
质量范围及供货条件应遵守下表的规定(部分):
 

玻璃牌号
气泡度
应力双折射类别
光吸收系数类别
类别
级别
中部应力
边缘应力
K9
0-2
A00-B
1-4
S1-S4
0-4
BaK7
0-2
A-C
1a-4
S2-S4
1-4

 
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