光學(xué)玻璃的幾大重要參數(shù)簡(jiǎn)介

一、光學(xué)玻璃類型

1.火石玻璃
火石玻璃是具有高折射率和低阿貝數(shù)的光學(xué)玻璃。
它的阿貝數(shù)通常在50至55之間，但也可稍低，折射率則在1.45到2.00之間。

2.冕玻璃
冕玻璃是具有低折射率和高阿貝數(shù)的光學(xué)玻璃。
它的折射率大概在1.5左右，阿貝數(shù)大約大于60。

傳統(tǒng)上冕玻璃是由包含大約10%的堿石灰硅酸鹽的氧化鉀制造的。不過(guò)現(xiàn)今的UD，ED鏡片都是良好的冕玻璃，人工結(jié)晶螢石更是出色的冕玻璃。

二、基本參數(shù)

上面已經(jīng)提到了折射率和阿貝數(shù)這兩個(gè)主要參數(shù)，下面是主要光學(xué)玻璃參數(shù)列表：

1.Vd、Ve：阿貝數(shù)，要求四位有效數(shù)字
2.nd、ne：折射率，要求七位有效數(shù)字
3.ρ：玻璃密度，要求四位有效數(shù)字
4.透光率，要求四位有效數(shù)字
5.透光極限，要求波長(zhǎng)表示
6.折射率隨著溫度變化的系數(shù)，要求三位有效數(shù)字

三、詳細(xì)介紹

1.阿貝數(shù)

阿貝數(shù)是德國(guó)物理學(xué)家恩斯特·阿貝定義的光學(xué)量，主要描述玻璃的色散程度。公式如下：

Vd=nd-1/nF-nC

其中d，F(xiàn)，C均為角標(biāo)，表示與夫瑯和費(fèi)光譜中某一固定譜線的波長(zhǎng)相同的光。V表示阿貝數(shù)，n表示折射率。
注：d，F(xiàn)，C分別為：氦黃線587.56nm，氫藍(lán)線486.1nm，氫紅線656.3nm

規(guī)律：阿貝數(shù)越小，光線色散程度越大。反之阿貝數(shù)越大光線色散程度越小。

冕玻璃與火石玻璃的分別：a.折射率≤1.6時(shí), V≥50：冕玻璃 V<50：火石玻璃 b.折射率>1.6時(shí)， V≥55：冕玻璃 V<55：火石玻璃

肖特玻璃的阿貝數(shù)分布：

2.折射率

原始定義是某種介質(zhì)內(nèi)，n等于光在真空中的速度c與光在介質(zhì)中的相速度v之比。
由此導(dǎo)出的定義是：光從真空進(jìn)入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，入射角i的正弦跟折射角r的正弦之比等于這種介質(zhì)的折射率n。

折射率描述了玻璃彎折光線的能力。
同樣的，由于玻璃對(duì)不同波長(zhǎng)的光的折射率不同，因此應(yīng)當(dāng)在折射率數(shù)據(jù)內(nèi)注明波長(zhǎng)信息。

下面這張表給出了不同玻璃對(duì)不同波長(zhǎng)光線的折射率-波長(zhǎng)曲線。這也叫做色散曲線。

3.折射率隨波長(zhǎng)的變化

這些數(shù)據(jù)相較于阿貝數(shù)往往可以更加直觀的觀察到玻璃的色散性質(zhì)，也方便簡(jiǎn)單的幾何光學(xué)計(jì)算。

上面這個(gè)是全光譜范圍內(nèi)的一種光學(xué)玻璃的色散曲線。

4.透光率和透光極限

在可見(jiàn)光范圍內(nèi)玻璃對(duì)光是線性吸收的，根據(jù)玻璃特性，吸收率不盡相同，而且吸收范圍也不盡相同。玻璃對(duì)光的吸收量由下式計(jì)算：

I=I0×e^(-αl)

其中α稱為該材料的吸收系數(shù)，與透光率是相關(guān)物理量。l為光線穿過(guò)的厚度，與透光率無(wú)關(guān)。該式由布格提出，故稱布格定律。

假說(shuō)一種物質(zhì)能對(duì)各種波長(zhǎng)的光以相等的吸收率吸收，那么這就叫普遍吸收，水，空氣等就是普遍吸收。不過(guò)玻璃大部分是選擇吸收的。因此他們?cè)谧贤夂图t外端都會(huì)有一個(gè)透光極限，對(duì)在兩個(gè)極限之間的光是透明的。常見(jiàn)的光學(xué)原料的透光極限如下表所列：

看，通常光學(xué)玻璃對(duì)紫外線的透過(guò)能力都比較低下，因此相機(jī)受紫外線影響也是比較輕微的。這不僅僅是感光元件對(duì)紫外線不敏感的緣故，也有玻璃對(duì)紫外線的阻隔。

5.玻璃密度/折射率-溫度變化率

這二者是玻璃的附加參數(shù)，其中折射率-溫度變化率尤為重要，它可以衡量溫度對(duì)光學(xué)組的影響，由此來(lái)進(jìn)行合適的鏡筒設(shè)計(jì)避免溫度干擾。

總結(jié)：

折射率和阿貝數(shù)是光學(xué)玻璃兩大重要參數(shù)，有了這兩個(gè)數(shù)據(jù)就基本可以描述光學(xué)玻璃的性能了。不過(guò)基本的幾何光學(xué)計(jì)算里常使用折射率隨波長(zhǎng)的變化計(jì)算色散。至于透光率和透光極限的確定，都是實(shí)驗(yàn)方法，基本光學(xué)理論計(jì)算近乎不可能得到完全準(zhǔn)確的答案。在強(qiáng)光區(qū)由于光與物質(zhì)的其他相互作用，布格定律還會(huì)失效。因此我們討論的內(nèi)容都只限于紅外和紫外所夾的區(qū)段的普通光線的參數(shù)。