一文帶你瞭解光學玻璃的分類及生產過程

光學玻璃能改變光的傳播方向，並能改變紫外、可見或紅外光的相對光譜分佈的玻璃。狹義的光學玻璃是指無色光學玻璃；廣義的光學玻璃還包括有色光學玻璃、鐳射玻璃、石英光學玻璃、抗輻射玻璃、紫外紅外光學玻璃、纖維光學玻璃、聲光玻璃、磁光玻璃和光變色玻璃。光學玻璃可用於製造光學儀器中的透鏡、稜鏡、反射鏡及視窗等。由光學玻璃構成的部件是光學儀器中的關鍵性元件。

光學玻璃是光電技術產業的基礎和重要組成部分。

特別是在20世紀90年代以後，隨著光學與電子資訊科學、新材料科學的不斷融合，作為光電子基礎材料的光學玻璃在光傳輸、光儲存和光電顯示三大領域的應用更是突飛猛進，成為社會資訊化尤其是光電資訊科技發展的基礎條件之一。

隨著國內經濟持續、穩定發展，中國光學玻璃製造行業發展迅猛。

根據國家統計局資料顯示，2010-2021年，光學玻璃製造行業規模以上企業數量達246家，行業全年實現銷售收入為234。05億元，同比增長53。70%；實現利潤15。37億元，同比增長87。10%；資產規模達到264。50億元，同比增長77。49%。由於光學玻璃製造行業以國內銷售為主，金融危機對其影響相對較小，行業依然表現出較好的增長勢頭。

光學玻璃簡述

光學玻璃用於製造光學儀器或機械系統的透鏡、稜鏡、反射鏡、視窗等的玻璃材料。包括

光學石英玻璃、無色光學玻璃(通常簡稱光學玻璃)、有色光學玻璃、耐輻射光學玻璃和防輻射玻璃

等。

光學玻璃具有高度的透明性、化學及物理學（結構和效能）上的高度均勻性，具有特定和精確的光學常數。它可分為

矽酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、氟化物和硫系化合物系列

。品種繁多，主要按他們在折射率（nD）-阿貝值（VD）圖中的位置來分類。

傳統上nD>1。60，VD>50和nD<1。60，VD>55的各類玻璃定為冕（K）玻璃，其餘各類玻璃定為火石（F）玻璃。

冕玻璃一般作凸透鏡，火石玻璃作凹透鏡。

通常冕玻璃屬於含鹼硼矽酸鹽體系，輕冕玻璃屬於鋁矽酸鹽體系，重冕玻璃及鋇火石玻璃屬於無鹼硼矽酸鹽體系，絕大部分的火石玻璃屬於鉛鉀矽酸鹽體系。

隨著光學玻璃的應用領域不斷拓寬，其品種在不斷擴大，其組成中幾乎包括週期表中的所有元素。透過折射、反射、透過方式傳遞光線或透過吸收改變光的強度或光譜分佈的一種無機玻璃態材料。具有穩定的光學性質和高度光學均勻性。

光學玻璃的分類

1.光學石英玻璃

以二氧化矽為主要成分，具有耐高溫、膨脹係數低、機械強度高、化學效能好等特點，用於製造對各種波段透過有特殊要求的稜鏡、透鏡、視窗和反射鏡等。此外，還有用於大規模積體電路製造的光掩膜板、液晶顯示器面板、影像光碟盤基薄板玻璃；光沿著磁力線方向透過玻璃時偏振面發生旋轉的磁光玻璃；光按一定方向透過傳輸超聲波的玻璃時，發生光的衍射、反射、匯聚或光頻移的聲光玻璃等。

特種光學玻璃是現代資訊產業、光學、光源、光伏、半導體等國家戰略性、支柱性新興產業和國防領域發展中不可忽缺的重要基礎性材料，發揮著關鍵作用。

2.防輻照光學玻璃

對高能輻照有較大的吸收能力，有高鉛玻璃和CaO-B2O2系統玻璃，前者可防止γ射線和X射線輻照，後者可吸收慢中子和熱中子，主要用於核工業、醫學領域等作為遮蔽和窺視視窗材料。

3.耐輻照光學玻璃

在一定的γ射線、X射線輻照下，可見區透過率變化較少，品種和牌號與無色光學玻璃相同，用於製造高能輻照下的光學儀器和窺視視窗。

4.有色光學玻璃

又稱濾光玻璃。對紫外、可見、紅外區特定波長有選擇吸收和透過效能，按光譜特性分為選擇性吸收型、截止型和中性灰3類；按著色機理分為離子著色、金屬膠體著色和硫硒化物著色3類，主要用於製造濾光器。

5.紫外和紅外光學玻璃

在紫外或紅外波段具有特定的光學常數和高透過率，用作紫外、紅外光學儀器或用作視窗材料。

生產過程

生產光學玻璃的原料是一些氧化物、氫氧化物、硝酸鹽和碳酸鹽，並根據配方的要求，引入磷酸鹽或氟化物。為了保證玻璃的透明度，必須嚴格控制著色雜質的含量，如鐵、鉻、銅、錳、鈷、鎳等。配料時要求準確稱量、均勻混合。主要的生產過程是熔鍊、成型、退火和檢驗。

1.熔鍊

有單坩堝間歇熔鍊法和池窯（見窯）連續熔鍊法。單坩堝熔鍊法又可分為粘土坩堝熔鍊法和鉑坩堝熔鍊法。不論採用何種熔鍊方式均需用攪拌器攪拌，並嚴格控制溫度和攪拌，使玻璃液達到高度均勻。粘土坩堝能熔鍊絕大部分冕玻璃和火石玻璃，成本低，且在玻璃的熔化溫度超過鉑的使用溫度時採用。鉑坩堝可熔鍊質量較高、對粘土坩堝有嚴重侵蝕作用的玻璃，如重冕、重鋇火石、稀土玻璃和氟磷玻璃。鉑坩堝用電加熱，一般採用矽碳棒或矽鉬棒電爐。但製造析晶傾向大、要求迅速降溫以及對氣氛有一定要求的玻璃，則可採用高頻加熱。

60年代以來，各國相繼採用內襯鉑的連續池窯熔鍊，使光學玻璃的產量大大提高，質量也好，這是目前光學玻璃生產工藝發展的主要趨勢。

2.成型

光學玻璃的成型法有古典破堝法、滾壓法和澆注法，但目前越來越廣泛地採用漏料成型（用單坩堝或連熔流出料液），能直接拉棒或滴料壓型或漏料成型大尺寸的毛坯，提高料滴利用率和成品率。

3.退火

為了最大限度地消除玻璃的內應力，提高光學均勻性，必須制定嚴格的退火制度，進行精密退火。

4.檢驗

檢驗過程中測定的指標有：光學常數、光學均勻度、應力雙折射、條紋、氣泡等。

光學玻璃的特殊要求

光學玻璃和其它玻璃的不同之點在於它作為光學系統的一個組成部分，必須滿足光學成像的要求。因此，光學玻璃質量的判定也包括某些特殊的和較嚴格的指標。對光學玻璃有以下要求：

1.特定的光學常數以及同一批玻璃光學常數的一致性

每一品種光學玻璃對不同波長光線都有規定的標準折射率數值，作為光學設計者設計光學系統的依據。所以工廠生產的光學玻璃的光學常數必須在這些數值一定的容許偏差範圍以內，否則將使實際的成像質量與設計時預期的結果不符而影響光學儀器的質量。同時由於同批儀器往往採用同批光學玻璃製造，為了便於儀器的統一校正，同批玻璃的折射率容許偏差要較它們與標準值的偏差更加嚴格。

2.高度的透明性

光學系統成像的亮度和玻璃透明度成比例關係。光學玻璃對某一波長光線的透明度以光吸收係數Kλ表示。光線透過一系列稜鏡和透鏡後，其能量部分損耗於光學零件的介面反射而另一部分為介質（玻璃）本身所吸收。前者隨玻璃折射率的增加而增加，對高折射率玻璃比值甚大，如對重燧玻璃一個表面光反射損耗約6%左右。因此對於包含多片薄透鏡的光學系統，提高透過率的主要途徑在於減少透鏡表面的反射損耗，如塗敷表面增透膜層等。而對於大尺寸的光學零件如天文望遠鏡的物鏡等，由於其厚度較大，光學系統的透過率主要決定於玻璃本身的光吸收係數。

透過提高玻璃原料的純度以及在從配料到熔鍊的整個過程中防止任何著色性雜質混入，一般可以使玻璃的光吸收係數小於0。01（即厚度為1釐米的玻璃對光透過率大於99%）。