Optinen lasi, joka on perusmateriaali fotoniikan ja informaatioteknologian aloilla, on kehittynyt nopeasti sovelluksissa, kuten valonläpäisyssä, optisessa tallennuksessa ja valosähköisissä näytöissä. Tämä kehitys johtuu suurelta osin optiikan integroinnista elektroniseen informaatiotieteeseen ja uuteen materiaalitieteeseen, mikä tekee optisesta lasista kulmakiven informaatioteknologian, erityisesti fotonisen informaatioteknologian, kehityksessä.

1. Mahdollisuudet

Optinen lasi on kriittinen osa fotoniteknologiateollisuutta. 1990-luvulta lähtien optiikan, elektronisen informaatiotieteen ja uuden materiaalitieteen fuusio on vauhdittanut optisen lasin käyttöä valonläpäisyssä, optisessa tallennuksessa ja valosähköisissä näytöissä. Tämä on tehnyt optisesta lasista perustavanlaatuisen elementin tietoyhteiskunnassa, erityisesti fotonisessa informaatioteknologiassa. Kotimaan talouden jatkuva ja vakaa kasvu on vauhdittanut Kiinan optisen lasin valmistusteollisuuden nopeaa kehitystä. Pääasiassa kotimaan myyntiin keskittynyt teollisuus on osoittanut kestävyyttään finanssikriisiä vastaan ​​ja pitänyt yllä vahvaa kasvuuraa.

2. Esittely

Optista lasia käytetään linssien, prismojen, peilien ja ikkunoiden valmistukseen optisissa instrumenteissa tai mekaanisissa järjestelmissä. Siihen kuuluvat väritön optinen lasi (yleisesti kutsutaan optiseksi lasiksi), värillinen optinen lasi, säteilyä kestävä optinen lasi, säteilyä estävä lasi ja optinen kvartsilasiOptiselle lasille on ominaista korkea läpinäkyvyys, kemiallinen ja fysikaalinen tasaisuus sekä tietyt optiset vakiot. Se voidaan luokitella silikaatti-, boraatti-, fosfaatti-, fluoridi- ja kalkogenidi-sarjoihin. Valikoima on laaja, ja se luokitellaan pääasiassa taitekertoimen (nD) ja Abben luvun (VD) diagrammin sijainnin perusteella. Perinteisesti lasit, joiden nD > 1.60 ja VD > 50 sekä nD < 1.60 ja VD > 55, luokitellaan kruunulaseiksi (K), kun taas muut luokitellaan piilaseiksi (F). Kruunulaseja käytetään tyypillisesti kuperissa linsseissä ja piilaseja koverissa linsseissä. Kruunulasit kuuluvat yleensä alkaliborosilikaattijärjestelmään, kevyet kruunulasit alumiinisilikaattijärjestelmään, raskaat kruunu- ja bariumpiilasit alkalivapaaseen borosilikaattijärjestelmään ja useimmat piilasit lyijy-kaliumsilikaattijärjestelmään. Optisen lasin sovellusalueiden laajentuessa sen lajikkeet kasvavat jatkuvasti, ja niihin sisältyy lähes kaikki jaksollisen järjestelmän alkuaineet.

3. Optisen lasin luokittelu

• Väritön optinen lasiVaaditaan erityiset optiset vakiot, korkea läpäisykyky näkyvällä alueella eikä selektiivistä absorptiovärjäytymistä. Luokitellaan Abben luvun mukaan kruunu- ja piilaseihin, jotka molemmat jaetaan edelleen taitekertoimen mukaan. Käytetään yleisesti teleskoopeissa, mikroskoopeissa ja kameroissa linsseissä, prismoissa ja peileissä.
• Säteilyä estävä optinen lasiKorkea absorptiokyky korkeaenergiselle säteilylle, mukaan lukien runsaslyijyinen lasi ja CaO-B2O2-järjestelmän lasi. Ensimmäinen suojaa gamma- ja röntgensäteiltä, ​​jälkimmäinen absorboi hitaita ja lämpöneutroneja, käytetään ydinteollisuudessa ja lääketieteen aloilla suojaus- ja katseluikkunamateriaaleina.
• Säteilyä kestävä optinen lasiNäkyvän alueen läpäisykyvyn minimaalinen muutos gamma- ja röntgensäteilytyksen alaisena, lajikkeet ja laadut samankaltaisia ​​kuin värittömällä optisella lasilla, jota käytetään korkeaenergisessä säteilyssä käytettävissä optisissa instrumenteissa ja katseluikkunoissa.
• Värillinen optinen lasiTunnetaan myös nimellä suodatinlasi, joka absorboi ja läpäisee selektiivisesti tiettyjä aallonpituuksia UV-, näkyvän valon ja IR-alueilla. Luokitellaan spektriominaisuuksien mukaan selektiiviseen absorptioon, raja-arvoon ja neutraalin harmaaseen tyyppiin sekä värjäytymismekanismin mukaan ionivärjäykseen, metallikolloidivärjäykseen ja rikkiselenidivärjäykseen. Käytetään pääasiassa suodattimien valmistuksessa.
• UV- ja IR-optinen lasi: Tietyt optiset vakiot ja korkea läpäisykyky UV- tai IR-alueilla, käytetään UV- ja IR-optisissa instrumenteissa tai ikkunamateriaaleina.
• Optinen kvartsilasiPääasiassa piidioksidista koostuva, jolle on ominaista korkean lämpötilan kestävyys, alhainen laajenemiskerroin, korkea mekaaninen lujuus ja hyvät kemialliset ominaisuudet. Sitä käytetään prismoissa, linsseissä, ikkunoissa ja peileissä, joilla on erityiset läpäisykykyvaatimukset. Lisäksi sitä käytetään laajamittaisessa integroitujen piirien valmistuksessa, LCD-paneeleissa ja optisten levyjen alustoissa.

4. Dispersioluokitus

Luokitellaan hajonnan mukaan kruunu- (K) ja piikivi- (F) luokkiin:

• Crown-optinen lasiSisältää fluoridikruunun (FK), vaalean kruunun (QK), fosfaattikruunun (PK), raskaan fosfaattikruunun (ZPK), kruunun (K), raskaan kruunun (ZK), bariumkruunun (BaK), lantaanikruunun (LaK), titaanikruunun (TiK) ja erikoiskruunun (TK).
• Piimainen optinen lasiSisältää kevyen piikiven (QF), piikiven (F), raskaan piikiven (ZF), bariumpiikiven (BaF), raskaan bariumpiikiven (ZBaF), lantaanipiikiven (LaF), raskaan lantaanipiikiven (ZLaF), titaanipiikiven (TiF), kruunupiikiven (KF) ja erikoispiikiven (TF).

5. Säteilynkestävyys

Säteilyä kestävä lasi on laaja optisen lasin luokka, johon kuuluvat säteilyä estävä ja säteilyä kestävä lasi.

• Säteilyä estävä lasiAbsorboi pääasiassa γ- ja röntgensäteitä. Kun γ- tai röntgensäteet pääsevät lasiin, sisäiset valosähköiset ilmiöt synnyttävät elektroni-positroni-pareja, jotka vähentävät säteiden energiaa ja läpäisykykyä ja tarjoavat suojaa. Säteilyä estävän lasin tiheyden lisääminen parantaa sen suojauskykyä, tyypillisesti tiheyksiin ≥4.5 g/cm³.
• Säteilyä kestävä optinen lasiKestää värjäytymistä gamma-säteilytyksen vaikutuksesta. Nimetty optisten lasilaatujen mukaan, joille on lisätty säteilynkestävyys röntgenyksiköissä, esim. K509 kestää 10 röntgeniä gamma-säteilyä. CeO2:ta lisätään elektronien kaappaamiseksi, mikä estää värikeskuksen muodostumisen, mutta liiallinen CeO2 voi aiheuttaa kellastumista pidempien UV- ja IR-absorptiokaistojen vuoksi.

6. Raakamateriaalit

Korkealaatuinen kvartsihiekka on tärkein raaka-aine, jota täydennetään muilla materiaaleilla. Harvinaisia ​​maametalleja, joilla on korkea taitekerroin, alhainen dispersio ja hyvä kemiallinen stabiilius, käytetään optisen lasin valmistukseen huippuluokan kameroissa, videokameroissa ja kaukoputkissa. Esimerkiksi lantaanilasi, jossa on 60 % La2O3:a ja 40 % B2O3:a, on välttämätön huippuluokan kameroiden ja periskooppien linsseissä. Harvinaisten maametallien säteilynkestävyyttä hyödynnetään myös säteilynestolasin tuotannossa.

7. Kylmäkäsittely

Menetelmä, jossa käytetään kemiallista höyrykäsittelyä ja sooda-kalkki-piidioksidilasia molekyylirakenteen muuttamiseksi vaikuttamatta väriin ja läpäisevyyteen, saavuttaen palonkestävän lasin ultrakovuusstandardit. Prosessiin kuuluu sooda-kalkki-piidioksidilasin leikkaus ja reunojen hionta, kemiallinen höyrykäsittely, palonkestävä pinnoite ja erityinen fysikaalinen karkaisu.

8. kehitys

Optisen lasin kehitys on läheisesti kytköksissä optisiin instrumentteihin. Optisten järjestelmien uudet uudistukset usein edistävät optisen lasin kehitystä, ja uudet lasilajikkeet voivat puolestaan ​​edistää optisten instrumenttien kehitystä. Aluksi luonnonkiteitä käytettiin optisissa komponenteissa, ja lasista tuli ensisijainen materiaali 16-luvulta lähtien. 17-luvulla lasissa otettiin käyttöön lyijyoksidi, mikä johti kruunu- ja piilasien luokitteluun. 19-luku merkitsi merkittäviä edistysaskeleita uusien oksidien käyttöönoton myötä, mikä laajensi lasilajikkeita ja mahdollisti monimutkaisempien optisten instrumenttien käytön. Toisen maailmansodan jälkeen harvinaisten maametallien ja harvinaisten oksidien käyttöönotto monipuolisti optista lasia entisestään ja vastasi edistyneiden optisten instrumenttien vaatimuksiin.

Tulevaisuuden suuntia:

1. Erittäin korkean taitekertoimen lasin kehittäminen.
2. Lasin luominen erityisellä suhteellisella osittaisella dispersiolla.
3. Laajeneva infrapuna- ja ultraviolettioptinen lasi.
4. Haitallisten komponenttien, kuten ThO2:n, BeO:n ja Sb2O3:n, korvaaminen.
5. Kemiallisen stabiilisuuden parantaminen.
6. Läpinäkyvyyden parantaminen ja säteilyn aiheuttaman värjäytymisen estäminen.
7. Valmistusprosessien jalostus uusien lasilaatujen kustannusten alentamiseksi.