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光学玻璃的几大重要参数简介

作者:管理员 日期:2021-03-04 人气:128

一、光学玻璃类型

1.火石玻璃
火石玻璃是具有高折射率和低阿贝数的光学玻璃。
它的阿贝数通常在50至55之间,但也可稍低,折射率则在1.45到2.00之间。

2.冕玻璃
冕玻璃是具有低折射率和高阿贝数的光学玻璃。
它的折射率大概在1.5左右,阿贝数大约大于60。

传统上冕玻璃是由包含大约10%的碱石灰硅酸盐的氧化钾制造的。不过现今的UD,ED镜片都是良好的冕玻璃,人工结晶萤石更是出色的冕玻璃。

二、基本参数

上面已经提到了折射率和阿贝数这两个主要参数,下面是主要光学玻璃参数列表:

1.Vd、Ve:阿贝数,要求四位有效数字
2.nd、ne:折射率,要求七位有效数字
3.ρ:玻璃密度,要求四位有效数字
4.透光率,要求四位有效数字
5.透光极限,要求波长表示
6.折射率随着温度变化的系数,要求三位有效数字

三、详细介绍

1.阿贝数

阿贝数是德国物理学家恩斯特·阿贝定义的光学量,主要描述玻璃的色散程度。公式如下:

Vd=nd-1/nF-nC

其中d,F,C均为角标,表示与夫琅和费光谱中某一固定谱线的波长相同的光。V表示阿贝数,n表示折射率。
注:d,F,C分别为:氦黄线587.56nm,氢蓝线486.1nm,氢红线656.3nm

规律:阿贝数越小,光线色散程度越大。反之阿贝数越大光线色散程度越小。

冕玻璃与火石玻璃的分别:a.折射率≤1.6时, V≥50:冕玻璃 V<50:火石玻璃 b.折射率>1.6时, V≥55:冕玻璃 V<55:火石玻璃

肖特玻璃的阿贝数分布:

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2.折射率

原始定义是某种介质内,n等于光在真空中的速度c与光在介质中的相速度v之比。
由此导出的定义是:光从真空进入某种介质发生折射时,入射角i的正弦跟折射角r的正弦之比等于这种介质的折射率n。

折射率描述了玻璃弯折光线的能力。
同样的,由于玻璃对不同波长的光的折射率不同,因此应当在折射率数据内注明波长信息。

下面这张表给出了不同玻璃对不同波长光线的折射率-波长曲线。这也叫做色散曲线。

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3.折射率随波长的变化


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这些数据相较于阿贝数往往可以更加直观的观察到玻璃的色散性质,也方便简单的几何光学计算。

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上面这个是全光谱范围内的一种光学玻璃的色散曲线。


4.透光率和透光极限

在可见光范围内玻璃对光是线性吸收的,根据玻璃特性,吸收率不尽相同,而且吸收范围也不尽相同。玻璃对光的吸收量由下式计算:

I=I0×e^(-αl)

其中α称为该材料的吸收系数,与透光率是相关物理量。l为光线穿过的厚度,与透光率无关。该式由布格提出,故称布格定律。

假说一种物质能对各种波长的光以相等的吸收率吸收,那么这就叫普遍吸收,水,空气等就是普遍吸收。不过玻璃大部分是选择吸收的。因此他们在紫外和红外端都会有一个透光极限,对在两个极限之间的光是透明的。常见的光学原料的透光极限如下表所列:

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看,通常光学玻璃对紫外线的透过能力都比较低下,因此相机受紫外线影响也是比较轻微的。这不仅仅是感光元件对紫外线不敏感的缘故,也有玻璃对紫外线的阻隔。

5.玻璃密度/折射率-温度变化率

这二者是玻璃的附加参数,其中折射率-温度变化率尤为重要,它可以衡量温度对光学组的影响,由此来进行合适的镜筒设计避免温度干扰。

总结:

折射率和阿贝数是光学玻璃两大重要参数,有了这两个数据就基本可以描述光学玻璃的性能了。不过基本的几何光学计算里常使用折射率随波长的变化计算色散。至于透光率和透光极限的确定,都是实验方法,基本光学理论计算近乎不可能得到完全准确的答案。在强光区由于光与物质的其他相互作用,布格定律还会失效。因此bbin新体育讨论的内容都只限于红外和紫外所夹的区段的普通光线的参数。


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标签: 光学玻璃