光学材料

光介质材料是传输光线的材料。入射的光线经过折射、反射会改变光线的方向、位相和偏振态；还可经过吸收或散射改变光线的强度和光谱成分。传统上常把光学材料限定为晶态（光学晶体）、非晶态（光学玻璃）、有机化合物（光学塑料）。

光学玻璃根据对它的不同要求，可把光学玻璃分为：对光学常数有特定要求的无色光学玻璃；在γ 射线区具有一定抗辐射特性、在可见光区不产生强烈光吸收的耐辐射光学玻璃；对不同波长具有特定光吸收或透射的有色光学玻璃以及石英玻璃等。

无色光学玻璃是使用量最大的光学材料。以折射率nd、色散系数（阿贝数v）和部分色散系数表示其特征性质。各类无色光学玻璃与nd、v的关系可统一表示在nd-v关系图中。将nd-v图分成若干个区域,每一区域内都有折射率及色散系数相近的若干个玻璃牌号，统称为一类品种。凡具有一定nd、v值的玻璃（在nd-v图中为一个点）称为一个牌号。

光学玻璃按折射率、色散系数分为两大类，即冕牌和火石光学玻璃。根据国际惯例和中国国家标准规定,K代表冕牌玻璃,F代表火石玻璃。中国光学玻璃共有18个品种、141个牌号,生产的典型光学玻璃的nd-v关系如图所示。 玻璃的光学性质取决于化学成分。冕牌玻璃是硼硅酸盐玻璃；加入氧化铅后成为火石玻璃。在冕牌玻璃中，随着氧化钡含量的增加，折射率增加，分成钡冕及重冕玻璃。火石玻璃中，随着氧化铅含量的增加，折射率增大，分成冕火石、轻火石、火石及重火石等品种。含氧化钡的铅玻璃又分钡火石及重钡火石玻璃。40年代以来，随着光学系统的发展，为了扩大光学常数的范围，在玻璃中加入新的化学成分，玻璃品种日益增多。例如，加入氧化镧及其他稀土氧化物形成高折射率低色散的镧冕和镧火石玻璃品种系列；加入二氧化钛及氟化物形成高色散的特冕和钛火石玻璃；以磷酸盐和氟磷酸盐为基础发展了低折射率低色散玻璃（如氟冕和磷冕玻璃）。

耐辐射光学玻璃用于受γ 辐射照射场合下的光学仪器中。它除具有无色光学玻璃的各项性质外，并要求在一定辐射剂量下光密度的变化必须保持在规定的数值以内。其品种及牌号与无色光学玻璃相同。玻璃的化学成分是在无色光学玻璃的基础上，添加少量二氧化铈来消除高能辐射在玻璃中所形成的色心。因为O和Ce的吸收带都处在紫外区，价态变化对可见区透过的影响不大，因此这种玻璃受辐照后光吸收变化很小。

有色光学玻璃 亦称滤光玻璃,目前已有百余种。由它制成的各种滤光镜广泛应用于观察、照相系统和红外波段工作的光学仪器中。按光谱特性分为选择性吸收型、截止型和中性灰色型三类。选择性吸收型有色光学玻璃能够吸收或透过一些特定波长的光线，以其透过率为特征性质，按颜色分品种；截止型有色光学玻璃以截止透过界限波长为特征；中性灰色型有色光学玻璃对各波长的光线是无选择地均匀吸收，以平均透过率为特征。

有色光学玻璃是在基质玻璃中添加着色剂获得的，所需的光谱性质取决于着色剂的种类和含量。第四周期过渡元素离子及个别镧系和锕系元素离子产生离子吸收，是选择吸收型和个别截止型有色光学玻璃的着色剂；硫化镉、硒化镉、碲化合物作为着色剂,可制成400～1000nm截止吸收的黄、橙、红及红外滤光玻璃。

紫外和红外光学玻璃 它们在该光谱区域具有良好的透过率。目前紫外光学玻璃以光学熔石英为主，正在发展氟化物光学玻璃,其紫外透过极限为200nm。红外光学玻璃以铝酸盐和锗酸盐玻璃为主,红外透过截止在4～5μm。硫系化合物玻璃透过截止在15μm。

近年出现了一些特殊品种的光学玻璃，如光沿着磁力线方向通过玻璃时偏振面发生旋转的磁光玻璃；光按一定方向通过一传播超声波的玻璃时，能发生光的衍射、反射、会聚式光频移动的声光玻璃，在外界电场作用下产生双折射现象的电光玻璃等等。

光学晶体结晶材料的光学应用范围极其广泛，可制作各种光学零件，紫外、可见、红外波段的窗口，棱镜和透镜，偏振器、推迟板和补偿器，电光、声光、光弹、磁光调制器以及谐波发生和多波混频器。玻璃比晶体易于制造且价格较低。在可见光波段大多采用玻璃制作光学元件，但在红外和紫外波段则广泛使用各种晶体。若干用途较广的材料的性质列于下表中。光学塑料光学有机塑料是另一类光介质材料，它易于成形、价格低，主要应用于眼镜工业、复制光学元件和纤维光学工业。光学塑料分为热塑型材料、热固材料和共聚物三大类，以热塑型为主。热塑型材料中较普遍采用的是聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯醋酸纤维素等；热固材料中包括透明环氧树脂、二丙烯基二乙二醇碳酸酯（商品牌号C-39）和甲基丙烯酸羟乙酯等；共聚物有苯乙烯-丙烯酸树脂、丙烯腈-苯乙烯树脂或热塑和热固材料间的共聚物。

参考书目

干福熹等著：《光学玻璃》，科学出版社,北京,1982。

《光学仪器设计手册》编辑组编：《光学仪器设计手册》，上册，国防工业出版社，北京，1951。

紫外材料的折射率不高，许多材料(特别是氟化物)很难加工，并具有吸湿性，所以在加工和装配时，需要防止湿气对光学材料的损害。很多类型的材料暴露在短波紫外波段(小于320nm左右)会受到损害，玻璃将变暗，塑料将变黄和出现裂纹。