Optisk glas, et fundamentalt materiale inden for fotonik og informationsteknologi, har oplevet hurtige fremskridt inden for anvendelser som lystransmission, optisk lagring og fotoelektrisk display. Disse fremskridt skyldes i høj grad integrationen af ​​optik med elektronisk informationsvidenskab og ny materialevidenskab, hvilket gør optisk glas til en hjørnesten i udviklingen af ​​informationsteknologi, især inden for fotonisk informationsteknologi.

1. Udsigter

Optisk glas er en kritisk komponent i den fotoniske teknologiindustri. Siden 1990'erne har fusionen af ​​optik med elektronisk informationsvidenskab og ny materialevidenskab drevet brugen af ​​optisk glas frem i lystransmission, optisk lagring og fotoelektrisk display. Dette har etableret optisk glas som et grundlæggende element i informationssamfundet, især inden for fotonisk informationsteknologi. Den kontinuerlige og stabile vækst i den indenlandske økonomi har ansporet den hurtige udvikling af Kinas optiske glasproduktionsindustri. Industrien, der primært fokuserer på indenlandsk salg, har vist modstandsdygtighed over for finanskrisen og opretholdt en stærk vækstkurve.

2. Introduktion

Optisk glas bruges til at fremstille linser, prismer, spejle og vinduer til optiske instrumenter eller mekaniske systemer. Det omfatter farveløst optisk glas (almindeligvis omtalt som optisk glas), farvet optisk glas, strålingsbestandigt optisk glas, strålingsbestandigt glas og optisk kvartsglasOptisk glas er karakteriseret ved høj transparens, kemisk og fysisk ensartethed samt specifikke optiske konstanter. Det kan klassificeres i silikat-, borat-, fosfat-, fluorid- og chalcogenid-serien. Variationen er omfattende og primært kategoriseret baseret på deres position i brydningsindeks (nD)-Abbe-tal (VD)-diagrammet. Traditionelt klassificeres glas med nD > 1.60 og VD > 50, og nD < 1.60 og VD > 55 som kroneglas (K), mens andre klassificeres som flintglas (F). Kroneglas bruges typisk til konvekse linser og flintglas til konkave linser. Kroneglas tilhører generelt alkaliborsilikatsystemet, lette kroneglas til aluminosilikatsystemet, tunge krone- og bariumflintglas til det alkalifri borsilikatsystem, og de fleste flintglas til bly-kaliumsilikatsystemet. Efterhånden som anvendelsesområderne for optisk glas udvides, fortsætter dets variationer med at vokse og inkorporerer næsten alle elementer i det periodiske system.

3. Klassificering af optisk glas

• Farveløst optisk glasSpecifikke optiske konstanter er påkrævet, med høj transmittans i det synlige område og ingen selektiv absorptionsfarvning. Klassificeret efter Abbe-tal i kroneglas og flintglas, hver yderligere divideret med brydningsindeks. Almindeligt anvendt i teleskoper, mikroskoper og kameraer til linser, prismer og spejle.
• Anti-stråling optisk glasHøj absorptionskapacitet for højenergistråling, herunder glas med højt blyindhold og CaO-B2O2-systemglas. Førstnævnte beskytter mod γ-stråler og røntgenstråler, sidstnævnte absorberer langsomme og termiske neutroner, der anvendes i atomindustrien og medicinske områder som afskærmnings- og vinduesmaterialer.
• Strålingsbestandigt optisk glasMinimal ændring i transmittansen i det synlige område under γ- og røntgenbestråling, med varianter og kvaliteter svarende til farveløst optisk glas, der anvendes i optiske instrumenter og betragtningsvinduer med høj energistråling.
• Farvet optisk glasOgså kendt som filterglas, absorberer og transmitterer selektivt specifikke bølgelængder i UV-, synlige og IR-områder. Klassificeret efter spektrale egenskaber i selektiv absorption, afskæring og neutral grå typer, og efter farvemekanisme i ionfarvning, metalkolloidfarvning og svovlselenidfarvning, primært brugt i filterfremstilling.
• UV- og IR-optisk glasSpecifikke optiske konstanter og høj transmittans i UV- eller IR-bånd, anvendt i UV- og IR-optiske instrumenter eller som vinduesmaterialer.
• Optisk kvartsglasBestår hovedsageligt af siliciumdioxid, der er kendetegnet ved høj temperaturbestandighed, lav udvidelseskoefficient, høj mekanisk styrke og gode kemiske egenskaber, og anvendes i prismer, linser, vinduer og spejle med særlige krav til transmission. Derudover anvendes det i storstilet fremstilling af integrerede kredsløb, LCD-paneler og optiske disksubstrater.

4. Dispersionsklassificering

Klassificeret efter spredning i krone- (K) og flint- (F) klasser:

• Crown Optisk GlasOmfatter fluorkrone (FK), let krone (QK), fosfatkrone (PK), tung fosfatkrone (ZPK), krone (K), tung krone (ZK), bariumkrone (BaK), lanthankrone (LaK), titaniumkrone (TiK) og specialkrone (TK).
• Flint Optisk GlasOmfatter let flint (QF), flint (F), tung flint (ZF), bariumflint (BaF), tung bariumflint (ZBaF), lanthanflint (LaF), tung lanthanflint (ZLaF), titaniumflint (TiF), kroneflint (KF) og specialflint (TF).

5. Strålingsmodstand

Strålingsbestandigt glas er en bred kategori af optisk glas, herunder strålingsbestandigt og strålingsbestandigt glas.

• Strålingsbeskyttende glasAbsorberer primært γ-stråler og røntgenstråler. Når γ-stråler eller røntgenstråler trænger ind i glasset, genererer interne fotoelektriske effekter elektron-positronpar, hvilket reducerer strålernes energi og penetration og giver beskyttelse. Forøgelse af densiteten af ​​antistrålingsglas forbedrer dets afskærmningsevne, typisk med densiteter ≥4.5 g/cm³.
• Strålingsbestandigt optisk glasModstår farvning under γ-strålebestråling. Navngivet baseret på optiske glastyper med øget strålingsmodstand i røntgenenheder, f.eks. kan K509 modstå 10 røntgen af ​​γ-stråler. CeO2 tilsættes for at indfange elektroner, hvilket forhindrer dannelse af farvecenter, men for meget CeO2 kan forårsage gulning på grund af udvidede UV- og IR-absorptionsbånd.

6. Råmateriale

Kvartsand af høj kvalitet er det primære råmateriale, suppleret med andre materialer. Sjældne jordarter med høje brydningsindekser, lav dispersion og god kemisk stabilitet bruges til at producere optisk glas til avancerede kameraer, videokameraer og teleskoper. For eksempel er lanthanumglas med 60% La₂O₃ og 2% B₂O₃ afgørende for avancerede kamera- og periskoplinser. Sjældne jordarters strålingsmodstand anvendes også i produktionen af ​​strålingsbestandigt glas.

7. Kold behandling

En metode, der bruger kemisk dampvarmebehandling og natron-kalk-silicaglas til at ændre molekylstrukturen uden at påvirke farve og transmittans, hvilket opnår ultrahårdhedsstandarder for brandbestandigt glas. Processen omfatter skæring og kantslibning af natron-kalk-silicaglas, kemisk dampvarmebehandling, brandhæmmende belægning og speciel fysisk hærdning.

8. Udvikling

Udviklingen af ​​optisk glas er tæt forbundet med optiske instrumenter. Nye reformer inden for optiske systemer driver ofte fremskridt inden for optisk glas, og nye glasvarianter kan til gengæld fremme udviklingen af ​​optiske instrumenter. I starten blev naturlige krystaller brugt til optiske komponenter, hvor glas blev det primære materiale fra det 16. århundrede. Det 17. århundrede oplevede introduktionen af ​​blyoxid i glas, hvilket førte til klassificeringen af ​​krone- og flintglas. Det 19. århundrede markerede betydelige fremskridt med introduktionen af ​​nye oxider, der udvidede glasvarianterne og muliggjorde mere komplekse optiske instrumenter. Efter Anden Verdenskrig diversificerede introduktionen af ​​sjældne jordarter og sjældne oxidelementer yderligere optisk glas og imødekom kravene fra avancerede optiske instrumenter.

Fremtidige retninger:

1. Udvikling af glas med ultrahøjt brydningsindeks.
2. Fremstilling af glas med speciel relativ partiel dispersion.
3. Ekspanderende infrarødt og ultraviolet optisk glas.
4. Udskiftning af skadelige komponenter som ThO2, BeO og Sb2O3.
5. Forbedring af kemisk stabilitet.
6. Forbedring af gennemsigtighed og forebyggelse af strålingsinduceret farvning.
7. Forfining af fremstillingsprocesser for at reducere omkostningerne ved nye glassorter.