Optické sklo, základní materiál v oblasti fotoniky a informačních technologií, zaznamenalo rychlý pokrok v aplikacích, jako je propustnost světla, optické ukládání dat a fotoelektrické zobrazování. Tento pokrok je z velké části způsoben integrací optiky s elektronickou informatikou a vědou o nových materiálech, díky čemuž se optické sklo stalo základním kamenem rozvoje informačních technologií, zejména fotonických informačních technologií.

1. Vyhlídky

Optické sklo je klíčovou součástí odvětví fotonických technologií. Od 1990. let XNUMX. století fúze optiky s elektronickou informatikou a vědou o nových materiálech podnítila používání optického skla v oblasti přenosu světla, optického ukládání dat a fotoelektrického zobrazování. Díky tomu se optické sklo stalo základním prvkem informační společnosti, zejména ve fotonických informačních technologiích. Neustálý a stabilní růst domácí ekonomiky podnítil rychlý rozvoj čínského průmyslu výroby optického skla. Toto odvětví, zaměřené primárně 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 okének pro optické přístroje nebo mechanické systémy. Zahrnuje bezbarvé optické sklo (běžně označované jako optické sklo), barevné optické sklo, optické sklo odolné vůči záření, antiradiační sklo a... optické křemenné skloOptické sklo se vyznačuje vysokou průhledností, chemickou a fyzikální uniformitou a specifickými optickými konstantami. Lze jej rozdělit do řady silikátů, boritanů, fosfátů, fluoridů a chalkogenidů. Rozmanitost je rozsáhlá a primárně se kategorizuje na základě jejich polohy v diagramu indexu lomu (nD) - Abbeho číslo (VD). Tradičně se skla s nD > 1.60 a VD > 50 a nD < 1.60 a VD > 55 klasifikují jako korunová (K) skla, zatímco jiná se klasifikují jako křemenná (F) skla. Korunková skla se obvykle používají pro konvexní čočky a křemenná skla pro konkávní čočky. Korunková skla obecně patří do systému borosilikátů s alkalickými kovy, lehká korunková skla do systému hlinito-silikátů, těžká korunková a baryová křemenná skla do systému borosilikátů bez alkalických kovů a většina křemenných skel do systému olovnato-draselných křemičitanů. S rozšiřováním oblastí použití optického skla se jeho varianty neustále rozrůstají a zahrnují téměř všechny prvky periodické tabulky.

3. Klasifikace optického skla

• Bezbarvé optické skloJsou vyžadovány specifické optické konstanty s vysokou propustností ve viditelné oblasti a bez selektivního absorpčního zbarvení. Podle Abbého čísla se dělí na korunová a flintová skla, každé z nich je dále děleno indexem lomu. Běžně se používají v dalekohledech, mikroskopech a fotoaparátech pro čočky, hranoly a zrcadla.
• Optické sklo odolné proti zářeníVysoká absorpční kapacita pro vysokoenergetické záření, včetně skla s vysokým obsahem olova a skla systému CaO-B2O2. První z nich chrání před γ-zářením a rentgenovým zářením, druhé absorbuje pomalé a tepelné neutrony, používá se v jaderném průmyslu a lékařství jako stínící a průzorové materiály.
• Optické sklo odolné vůči zářeníMinimální změna propustnosti viditelné oblasti při ozáření gama zářením a rentgenovým zářením, s variantami a jakostmi podobnými bezbarvému optickému sklu, používanému v optických přístrojích a pozorovacích oknech s vysokým energetickým zářením.
• Barevné optické skloTaké známé jako filtrační sklo, selektivně absorbuje a propouští specifické vlnové délky v UV, viditelné a infračervené oblasti. Podle spektrálních charakteristik se dělí na selektivní absorpční, mezní a neutrálně šedé typy a podle mechanismu zbarvení na iontové zbarvení, koloidní zbarvení kovů a zbarvení selenidem síry, používá se hlavně při výrobě filtrů.
• UV a IR optické skloSpecifické optické konstanty a vysoká propustnost v UV nebo IR pásmech, používané v UV a IR optických přístrojích nebo jako okenní materiály.
• Optické křemenné skloSkládá 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 speciálními požadavky na propustnost. Dále se používá ve velkovýrobě integrovaných obvodů, LCD panelů a substrátů optických disků.

4. Klasifikace disperze

Podle rozptylu se dělí na třídy korun (K) a pazourků (F):

• Optické sklo CrownZahrnuje fluoridovou korunku (FK), lehkou korunku (QK), fosfátovou korunku (PK), těžkou fosfátovou korunku (ZPK), korunku (K), těžkou korunku (ZK), baryovou korunku (BaK), lanthanovou korunku (LaK), titanovou korunku (TiK) a speciální korunku (TK).
• Optické sklo FlintZahrnuje lehký pazourek (QF), pazourek (F), těžký pazourek (ZF), baryový pazourek (BaF), těžký baryový pazourek (ZBaF), lanthanový pazourek (LaF), těžký lanthanový pazourek (ZLaF), titanový pazourek (TiF), korunový pazourek (KF) a speciální pazourek (TF).

5. Odolnost vůči záření

Radiačně odolné sklo je široká kategorie optického skla, která zahrnuje antiradiační a radiačně odolné sklo.

• Protiradiační skloPrimárně absorbuje γ-záření a rentgenové záření. Když γ-záření nebo rentgenové záření vstoupí do skla, vnitřní fotoelektrické jevy generují elektron-pozitronové páry, čímž se snižuje energie a průnik paprsků a poskytuje ochrana. Zvýšení hustoty antiradiačního skla zvyšuje jeho schopnost stínění, obvykle s hustotou ≥4.5 g/cm³.
• Optické sklo odolné vůči zářeníOdolává zbarvení při ozáření γ-zářením. Pojmenováno podle druhů optického skla se zvýšenou odolností proti záření v jednotkách Roentgen, např. K509 odolá 10 rentgenům γ-záření. CeO2 se přidává k zachycení elektronů a zabraňuje tvorbě barevných center, ale nadměrné množství CeO2 může způsobit žloutnutí v důsledku rozšířených absorpčních pásů v UV a IR záření.

6. Suroviny

Hlavní surovinou je vysoce kvalitní křemenný písek, doplněný dalšími materiály. Prvky vzácných zemin s vysokými indexy 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 čočky špičkových fotoaparátů a periskopů. Odolnost prvků vzácných zemin vůči záření se také využívá při výrobě antiradiačního skla.

7. Zpracování za studena

Metoda využívající chemické tepelné zpracování v parách a sodnovápenatokřemičité sklo ke změně molekulární struktury bez ovlivnění barvy a propustnosti, čímž se dosahuje ultratvrdých standardů pro žáruvzdorné sklo. Proces zahrnuje řezání a broušení hran sodnovápenatokřemičitého skla, chemické tepelné zpracování v parách, žáruvzdorný povlak a speciální fyzikální kalení.

8. Rozvoj

Vývoj optického skla je úzce spjat s optickými přístroji. Nové reformy v optických systémech často vedou k pokroku v optickém skle a nové druhy skla mohou následně podpořit vývoj optických přístrojů. Zpočátku se pro optické součástky používaly přírodní krystaly, přičemž sklo se stalo primárním materiálem od 16. století. V 17. století byl ve skle zaveden oxid olovnatý, což vedlo ke klasifikaci korunkového a flintového skla. 19. století znamenalo významný pokrok se zavedením nových oxidů, rozšířením druhů skla a možností výroby složitějších optických přístrojů. Po druhé světové válce zavedení prvků vzácných zemin a vzácných oxidů dále diverzifikovalo optické sklo a splnilo požadavky na pokročilé optické přístroje.

Budoucí pokyny:

1. Vývoj skla s ultravysokým indexem lomu.
2. Vytváření skla se speciální relativní parciální disperzí.
3. Rozšiřující se infračervené a ultrafialové optické sklo.
4. Nahrazení škodlivých složek, jako jsou ThO2, BeO a Sb2O3.
5. Zvýšení chemické stability.
6. Zlepšení průhlednosti a zabránění zbarvení vyvolanému zářením.
7. Zdokonalování výrobních procesů za účelem snížení nákladů na nové druhy skla.