Optiskt glas, ett grundläggande material inom fotonik och informationsteknik, har genomgått snabba framsteg inom tillämpningar som ljustransmission, optisk lagring och fotoelektrisk display. Dessa framsteg beror till stor del på integrationen av optik med elektronisk informationsvetenskap och ny materialvetenskap, vilket gör optiskt glas till en hörnsten i utvecklingen av informationsteknik, särskilt inom fotonisk informationsteknik.

1. Framtidsutsikter

Optiskt glas är en viktig del av den fotoniska teknikindustrin. Sedan 1990-talet har sammansmältningen av optik med elektronisk informationsvetenskap och ny materialvetenskap drivit fram användningen av optiskt glas inom ljusöverföring, optisk lagring och fotoelektrisk display. Detta har etablerat optiskt glas som en grundläggande del i informationssamhället, särskilt inom fotonisk informationsteknik. Den kontinuerliga och stabila tillväxten av den inhemska ekonomin har sporrat den snabba utvecklingen av Kinas tillverkningsindustri för optiskt glas. Industrin, som främst fokuserar på inhemsk försäljning, har visat motståndskraft mot finanskrisen och upprätthållit en stark tillväxtbana.

2. Inledning

Optiskt glas används för att tillverka linser, prismor, speglar och fönster för optiska instrument eller mekaniska system. Det inkluderar färglöst optiskt glas (vanligtvis kallat optiskt glas), färgat optiskt glas, strålningsbeständigt optiskt glas, strålningsbeständigt glas och optiskt kvartsglasOptiskt glas kännetecknas av hög transparens, kemisk och fysikalisk likformighet samt specifika optiska konstanter. Det kan klassificeras i silikat-, borat-, fosfat-, fluorid- och kalkogenidserierna. Variationen är omfattande och kategoriseras främst baserat på deras position i brytningsindex (nD)-Abbetal (VD)-diagrammet. Traditionellt klassificeras glas med nD > 1.60 och VD > 50, och nD < 1.60 och VD > 55 som kronglas (K), medan andra klassificeras som flintglas (F). Kronglas används vanligtvis för konvexa linser och flintglas för konkava linser. Kronglas tillhör vanligtvis alkaliborsilikatsystemet, lätta kronglas till aluminosilikatsystemet, tunga kron- och bariumflintglas till det alkalifria borsilikatsystemet och de flesta flintglas till bly-kaliumsilikatsystemet. I takt med att tillämpningsområdena för optiskt glas expanderar fortsätter dess variationer att växa och inkluderar nästan alla element i det periodiska systemet.

3. Klassificering av optiskt glas

• Färglöst optiskt glasSpecifika optiska konstanter krävs, med hög transmittans i det synliga området och ingen selektiv absorptionsfärgning. Klassificeras med Abbe-tal i kron- och flintglas, vart och ett vidare dividerat med brytningsindex. Vanligtvis används i teleskop, mikroskop och kameror för linser, prismor och speglar.
• Strålningsbeständigt optiskt glasHög absorptionskapacitet för högenergistrålning, inklusive blyglas och CaO-B2O2-systemglas. Det förra skyddar mot γ-strålar och röntgenstrålar, det senare absorberar långsamma och termiska neutroner, används inom kärnkraftsindustrin och medicin som skärmnings- och siktfönstermaterial.
• Strålningsbeständigt optiskt glasMinimal förändring i transmittansen i det synliga området under γ- och röntgenbestrålning, med varianter och kvaliteter som liknar färglöst optiskt glas, som används i optiska instrument och betraktningsfönster med hög energistrålning.
• Färgat optiskt glasÄven känt som filterglas, absorberar och släpper igenom selektivt specifika våglängder i UV-, synligt och IR-områdena. Klassificeras efter spektrala egenskaper i selektiv absorption, cut-off och neutral grå typer, och efter färgmekanism i jonfärgning, metallkolloidfärgning och svavelselenidfärgning, används huvudsakligen vid filtertillverkning.
• UV- och IR-optiskt glasSpecifika optiska konstanter och hög transmittans i UV- eller IR-band, används i UV- och IR-optiska instrument eller som fönstermaterial.
• Optiskt kvartsglasBestår huvudsakligen av kiseldioxid, kännetecknas av hög temperaturbeständighet, låg expansionskoefficient, hög mekanisk hållfasthet och goda kemiska egenskaper, används i prismor, linser, fönster och speglar med speciella krav på transmittans. Används dessutom vid storskalig tillverkning av integrerade kretsar, LCD-paneler och optiska skivsubstrat.

4. Dispersionsklassificering

Klassificerad efter spridning i kron- (K) och flinta- (F) klasser:

• Crown Optical GlassInkluderar fluorkrona (FK), lätt krona (QK), fosfatkrona (PK), tung fosfatkrona (ZPK), krona (K), tung krona (ZK), bariumkrona (BaK), lantankrona (LaK), titankrona (TiK) och specialkrona (TK).
• Flint optiskt glasInkluderar lätt flinta (QF), flinta (F), tung flinta (ZF), bariumflinta (BaF), tung bariumflinta (ZBaF), lantanflinta (LaF), tung lantanflinta (ZLaF), titanflinta (TiF), kronflinta (KF) och specialflinta (TF).

5. Strålningsbeständighet

Strålningsbeständigt glas är en bred kategori av optiskt glas, inklusive strålningsbeständigt och strålningsbeständigt glas.

• Strålningsskyddande glasAbsorberar primärt γ-strålar och röntgenstrålar. När γ-strålar eller röntgenstrålar tränger in i glaset genererar interna fotoelektriska effekter elektron-positronpar, vilket minskar strålarnas energi och penetration och ger skydd. Att öka densiteten hos strålskyddsglas förbättrar dess skärmningsförmåga, vanligtvis med densiteter ≥4.5 g/cm³.
• Strålningsbeständigt optiskt glasMotstår färgning under γ-strålning. Namnet är baserat på optiska glaskvaliteter med ökad strålningsresistens i röntgenenheter, t.ex. kan K509 motstå 10 röntgen av γ-strålar. CeO2 introduceras för att fånga elektroner, vilket förhindrar bildandet av färgcentrum, men för mycket CeO2 kan orsaka gulning på grund av utökade UV- och IR-absorptionsband.

6. Råmaterial

Högkvalitativ kvartsand är det huvudsakliga råmaterialet, kompletterat med andra material. Sällsynta jordartsmetaller, med höga brytningsindex, låg dispersion och god kemisk stabilitet, används för att producera optiskt glas för avancerade kameror, videokameror och teleskop. Till exempel är lantanglas med 60 % La₂O₃ och 2 % B₂O₃ avgörande för avancerade kameror och periskoplinser. Sällsynta jordartsmetallers strålningsbeständighet används också vid produktion av strålningsbeständigt glas.

7. Kallbearbetning

En metod som använder kemisk ångbehandling och soda-kalk-kiseldioxidglas för att förändra molekylstrukturen utan att påverka färg och transmittans, vilket uppnår ultrahårdhetsstandarder för brandbeständigt glas. Processen inkluderar skärning och kantslipning av soda-kalk-kiseldioxidglas, kemisk ångbehandling, brandbeständig beläggning och speciell fysisk härdning.

8. Utveckling

Utvecklingen av optiskt glas är nära kopplad till optiska instrument. Nya reformer inom optiska system driver ofta framsteg inom optiskt glas, och nya glasvarianter kan i sin tur främja utvecklingen av optiska instrument. Ursprungligen användes naturliga kristaller för optiska komponenter, där glas blev det primära materialet från 16-talet. Under 17-talet introducerades blyoxid i glas, vilket ledde till klassificeringen av kron- och flintglas. 19-talet präglades av betydande framsteg med introduktionen av nya oxider, vilket utökade glasvarianterna och möjliggjorde mer komplexa optiska instrument. Efter andra världskriget diversifierade introduktionen av sällsynta jordartsmetaller och sällsynta oxider det optiska glaset ytterligare och mötte kraven från avancerade optiska instrument.

Framtida inriktningar:

1. Utveckling av glas med ultrahögt brytningsindex.
2. Skapa glas med speciell relativ partiell dispersion.
3. Expanderande infrarött och ultraviolett optiskt glas.
4. Ersätter skadliga komponenter som ThO2, BeO och Sb2O3.
5. Förbättrar kemisk stabilitet.
6. Förbättrar transparensen och förhindrar strålningsinducerad färgning.
7. Förfina tillverkningsprocesser för att minska kostnaderna för nya glassorter.