Optické sklo, základní materiál v oblasti fotoniky a informačních technologií, zaznamenalo rychlý pokrok v aplikacích, jako je přenos světla, optické ukládání a fotoelektrický displej. Tento pokrok je z velké části způsoben integrací optiky s elektronickou informatikou a novými materiálovými vědami, díky čemuž se optické sklo stalo základním kamenem ve vývoji informačních technologií, zejména v oblasti fotonických informačních technologií.

1. Vyhlídky

Optické sklo je důležitou součástí průmyslu fotonických technologií. Od devadesátých let 20. století se díky spojení optiky s elektronickou informatikou a vědou o nových materiálech rozšířilo využití optického skla při přenosu světla, optickém ukládání a fotoelektrickém zobrazování. Díky tomu se optické sklo stalo základním prvkem informační společnosti, zejména v oblasti fotonických informačních technologií. Neustálý a stabilní růst domácí ekonomiky podnítil rychlý rozvoj čínského průmyslu výroby optického skla. Toto odvětví, které se zaměřuje především na domácí prodej, prokázalo odolnost vůči finanční krizi a udrželo si silnou růstovou trajektorii.

2. Úvod

Optické sklo se používá k výrobě čoček, hranolů, zrcadel a oken pro optické přístroje nebo mechanické systémy. Zahrnuje bezbarvé optické sklo (běžně označované jako optické sklo), barevné optické sklo, optické sklo odolné proti záření, sklo proti záření a optické sklo s ochranným sklem. optické křemenné sklo. Optické sklo se vyznačuje vysokou průhledností, chemickou a fyzikální jednotností a specifickými optickými konstantami. Lze je rozdělit do křemičitanových, boritanových, fosfátových, fluoridových a chalkogenidových řad. Rozmanitost je rozsáhlá, primárně se dělí na základě jejich polohy v diagramu indexu lomu (nD) - Abbeho čísla (VD). Tradičně jsou skla s nD > 1,60 a VD > 50 a nD 55 klasifikována jako korunová (K) skla, zatímco ostatní jsou klasifikována jako křemenná (F) skla. Korunová skla se obvykle používají pro konvexní čočky a křemenná skla pro konkávní čočky. Korunová skla obecně patří do alkalického borosilikátového systému, lehká korunová skla do hlinitokřemičitého systému, těžká korunová a baryová křemenná skla do bezalkalického borosilikátového systému a většina křemenných skel do systému křemičitanů olova a draslíku. S rozšiřujícími se oblastmi použití optických skel se jejich odrůdy stále rozšiřují a zahrnují téměř všechny prvky periodické tabulky prvků.

3. Klasifikace optického skla

• Bezbarvé optické sklo: Jsou požadovány specifické optické konstanty s vysokou propustností ve viditelné oblasti a bez selektivního absorpčního zabarvení. Klasifikují se podle Abbeho čísla na korunová a křemenná skla, která se dále dělí podle indexu lomu. Běžně se používají v dalekohledech, mikroskopech a fotoaparátech pro čočky, hranoly a zrcadla.
• Optické sklo proti záření: Vysoká absorpční schopnost pro vysokoenergetické záření, včetně vysoce olovnatého skla a skla systému CaO-B2O2. První z nich chrání před zářením γ a rentgenovým zářením, druhé pohlcuje pomalé a tepelné neutrony, používá se v jaderném průmyslu a ve zdravotnictví jako stínicí a pozorovací materiály.
• Optické sklo odolné proti záření: Minimální změna propustnosti ve viditelné oblasti při ozařování zářením γ a rentgenovým zářením, s odrůdami a třídami podobnými bezbarvému optickému sklu, používané v optických přístrojích a pozorovacích oknech pro vysokoenergetické záření.
• Barevné optické sklo: Známé také jako filtrační sklo, které selektivně pohlcuje a propouští určité vlnové délky v UV, viditelné a infračervené oblasti. Podle spektrálních charakteristik se dělí na selektivní absorpční, cut-off a neutrální šedé typy a podle mechanismu barvení na iontové barvení, barvení koloidem kovu a barvení selenidem síry, používané hlavně při výrobě filtrů.
• UV a IR optické sklo: Specifické optické konstanty a vysoká propustnost v UV nebo IR pásmu, používané v UV a IR optických přístrojích nebo jako okenní materiály.
• Optické křemenné sklo: Skládá se převážně z oxidu křemičitého, vyznačuje se odolností vůči vysokým teplotám, nízkým koeficientem roztažnosti, vysokou mechanickou pevností a dobrými chemickými vlastnostmi, používá se v hranolech, čočkách, oknech a zrcadlech se zvláštními požadavky na propustnost. Kromě toho se používá při výrobě velkých integrovaných obvodů, LCD panelů a substrátů optických disků.

4. Klasifikace rozptylu

Podle rozptylu se dělí na korunové (K) a křemenné (F):

• Korunové optické sklo: Zahrnuje fluoridovou korunku (FK), lehkou korunku (QK), fosfátovou korunku (PK), těžkou fosfátovou korunku (ZPK), korunku (K), těžkou korunku (ZK), baryovou korunku (BaK), lantanovou korunku (LaK), titanovou korunku (TiK) a speciální korunku (TK).
• Optické sklo Flint: Zahrnuje lehký křemen (QF), křemen (F), těžký křemen (ZF), baryový křemen (BaF), těžký baryový křemen (ZBaF), lantanový křemen (LaF), těžký lantanový křemen (ZLaF), titanový křemen (TiF), korunový křemen (KF) a speciální křemen (TF).

5. Odolnost proti záření

Sklo odolné proti záření je široká kategorie optických skel, která zahrnuje skla odolná proti záření a skla odolná proti záření.

• Sklo proti záření: Absorbuje především záření γ a rentgenové záření. Když paprsky γ nebo rentgenové záření proniknou do skla, vnitřní fotoelektrický jev vytváří páry elektronů a pozitronů, čímž snižuje energii a průnik paprsků a poskytuje ochranu. Zvyšování hustoty protiradiačního skla zvyšuje jeho stínicí schopnost, obvykle s hustotou ≥ 4,5 g/cm³.
• Optické sklo odolné proti záření: Odolává zbarvení při ozáření zářením γ. Pojmenování vychází z tříd optického skla s přidanou odolností proti záření v jednotkách roentgenů, např. třída K509 odolá 10 roentgenům záření γ. CeO2 se zavádí za účelem zachycení elektronů, čímž se zabrání tvorbě barevného centra, ale nadměrné množství CeO2 může způsobit žloutnutí v důsledku rozšířených UV a IR absorpčních pásů.

6. Suroviny

Hlavní surovinou je vysoce kvalitní křemenný písek doplněný dalšími materiály. Prvky vzácných zemin s vysokým indexem lomu, nízkou disperzí a dobrou chemickou stabilitou se používají k výrobě optického skla pro špičkové fotoaparáty, videokamery a dalekohledy. Například lanthanové sklo s 60% La2O3 a 40% B2O3 je nezbytné pro špičkové objektivy fotoaparátů a periskopů. Odolnost prvků vzácných zemin vůči záření se využívá také při výrobě protiradiačního skla.

7. Zpracování za studena

Metoda využívající chemické tepelné zpracování par a sodno-křemičitého skla ke změně molekulární struktury bez vlivu na barvu a propustnost, čímž se dosáhne norem ultra tvrdosti pro ohnivzdorné sklo. Postup zahrnuje řezání a broušení hran sodno-křemičitého skla, tepelné zpracování chemickými parami, žáruvzdorné pokovení a speciální fyzikální kalení.

8. Vývoj

Vývoj optického skla je úzce spjat s optickými přístroji. Nové reformy v optických systémech často vedou k vývoji optického skla a nové druhy skla mohou zase podpořit vývoj optických přístrojů. Zpočátku se pro optické komponenty používaly přírodní krystaly, od 16. století se hlavním materiálem stalo sklo. V 17. století byl do skla zaveden oxid olovnatý, což vedlo ke klasifikaci korunových a křemenných skel. V 19. století došlo k významnému pokroku díky zavedení nových oxidů, které rozšířily druhy skel a umožnily výrobu složitějších optických přístrojů. Po druhé světové válce zavedení prvků vzácných zemin a oxidů vzácných zemin dále diverzifikovalo optické sklo a splnilo požadavky na pokročilé optické přístroje.

Budoucí směry:

1. Vývoj skla s ultravysokým indexem lomu.
2. Vytváření skla se speciální relativní částečnou disperzí.
3. Rozšíření infračerveného a ultrafialového optického skla.
4. Nahrazení škodlivých složek, jako jsou ThO2, BeO a Sb2O3.
5. Zvýšení chemické stability.
6. Zlepšení průhlednosti a prevence zabarvení způsobeného zářením.
7. Zdokonalení výrobních postupů s cílem snížit náklady na nové odrůdy skla.