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光學玻璃技術原理及檢驗(光學掩模板加工)

發布時間:2020/12/16

光學玻璃技術原理及檢驗(光學掩模板加工)

光學玻璃能改變光的傳播方向,并能改變紫外、可見或紅外光的相對光譜分布的玻璃。狹義的光學玻璃是指無色光學玻璃;廣義的光學玻璃還包括有色光學玻璃、激光玻璃、石英光學玻璃、抗輻射玻璃、紫外紅外光學玻璃、纖維光學玻璃、聲光玻璃、磁光玻璃和光變色玻璃。光學玻璃可用于制造光學儀器中的透鏡、棱鏡、反射鏡及窗口等。由光學玻璃構成的部件是光學儀器中的關鍵性元件。

1.前景

光學玻璃是光電子技術產業的基礎和重要組成部分,特別是20世紀90年代以后,隨著光學、電子信息科學和新材料科學的不斷融合,光學玻璃作為光電子的基礎材料,在光傳輸、光存儲和光電顯示三個領域得到了突飛猛進的發展,已成為社會信息化特別是光電子信息技術發展的基本條件之一。

光學玻璃

隨著國內經濟的持續穩定發展,我國光學玻璃制造業發展迅速。根據國家統計局的數據,2010年,光學玻璃制造業企業達到246家。全年銷售收入234.05億元,比上年同期增長53.70%;利潤15.37億元,比上年同期增長87.10%;資產規模264.5億元,比上年同期增長77.49%。由于光學玻璃制造業以國內銷售為主,金融危機對其的影響相對較小,而且該行業仍顯示出良好的增長勢頭。

2.簡介

一種通過折射、反射、透射或吸收來傳輸光的無機玻璃材料,能改變光的強度或光譜分布。它具有穩定的光學性能和高的光學均勻性。

3.光學玻璃的分類

無色光學玻璃

光學常數有其特殊的要求,具有可見光區透光率高、無選擇性吸收著色等特點。根據ABBE數,將其分為日冕玻璃和燧石玻璃,根據折射率將各種玻璃分為幾種,并按折射率依次排列,其中大部分用作雙筒望遠鏡、顯微鏡、照相機等的透鏡、棱鏡、反射鏡等。

光學掩模板加工

輻照光學玻璃

高鉛玻璃和CaO-B2O2系玻璃能防止γ射線和X射線照射,而X射線能吸收慢速中子和熱中子,它們主要用于核工業和醫藥領域,用作屏蔽和窺視窗口材料。

耐輻照光學玻璃

在一定的γ射線和X射線照射下,可見光區的透過率變化不大,其種類和等級與無色光學玻璃相同。它用于制造光學儀器和高能照射下的窺視窗。

彩色光學玻璃

濾光玻璃。根據光譜特性,將紫外、可見和紅外光譜的選擇性吸收和透射率分為選擇性吸收型、截止型和中性灰,并根據著色機理將離子著色、金屬膠體著色和硫硒化著色分為離子著色、金屬膠體著色和硫硒化著色。

紫外和紅外光學玻璃

它在紫外或紅外波段具有特殊的光學常數和較高的透過率,可用作紫外、紅外光學儀器或窗口材料。

光學掩模板加工

光學石英玻璃

二氧化硅是主要成分,具有耐高溫、低膨脹系數、高機械強度、良好的化學性質等特點,用于制造對各種波段有特殊要求的棱鏡、鏡片、玻璃窗和反射鏡。此外,還有用于大規模集成電路制造的光學掩模板、液晶顯示屏和影象盤玻璃;光沿磁力線穿過玻璃時偏振面旋轉的磁光學玻璃;光衍射、反射、轉換或移光頻率在一定方向上的聲光玻璃。

4、色散分類

按色散又分為兩類:色散較小的為冕類(K),色散較大的為火石類(F)。

①冕類光學玻璃分為氟冕(FK)、輕冕(QK)、磷冕(PK)、重磷冕(ZPK)、冕(K)、重冕(ZK)、鋇冕(BaK)、鑭冕(LaK)、鈦冕(TiK)和特冕(TK)等。

②火石類光學玻璃分為輕火石(QF)、火石(F)、重火石(ZF)、鋇火石(BaF)、重鋇火石(ZBaF)、鑭火石(LaF)、重鑭火石(ZLaF)、鈦火石(TiF)、冕火石(KF)和特種火石(TF)等。它們在折射率nd與色散系數v的關系圖像(見圖)中分布在不同的領域。

5、抗輻射

耐輻射玻璃是一種廣義光學玻璃,包括防輻射玻璃和耐輻射玻璃.

(1)防輻射玻璃主要是對γ射線和X射線有很強吸收能力的玻璃。當γ射線或X射線進入防護玻璃時,由于光電效應和玻璃中正負電子對的形成,激發電子和自由電子同時產生,降低了入射γ射線或X射線的能量和穿透性,起到了保護作用。隨著防輻射玻璃密度的增加,屏蔽能力也相應提高.抗γ射線玻璃的密度通常不小于4.5g/cm.近幾年來,玻璃的密度為6.2~6.5g/cm,ZF系列玻璃被廣泛使用。

(2)抗輻射光學玻璃主要是指在γ射線作用下不易著色的光學玻璃。抗輻射光學玻璃等級的名稱仍然是以光學玻璃等級為基礎的,表示耐輻射的X射線數,例如,K 509耐輻射光學玻璃的光學常數與K9的光學常數相同,抗γ射線的劑量為10 luqin。普通玻璃受高能射線照射產生自由電子,與玻璃中的空位結合形成色心。同時,它還可以移動細胞核,破壞正常結構,也可以產生顏色中心,從而使玻璃著色。

CeO 2是在高能γ射線輻照后引入到抗輻射光學玻璃中的。由于公式1的存在,在玻璃中可以捕獲電子,不能產生色心,Ce和Ce的吸收帶在紫外區域。當CeO 2含量過高時,紫外和紅外吸收帶延伸到可見光區,增加了可見光藍區的吸收,使玻璃變黃。同時,由于玻璃中其他組分的影響,顏色也會加深,所以CeO 2的含量不應該太高。K 509中CeO 2含量約為0.4%≤0.5%,K 709中CeO 2含量約為1%。

6.生產原料

以優質石英砂為主要原料,適當添加輔料。稀土具有折射率高、分散性低、化學穩定性好等優點,可生產光學玻璃,可用于制造照相機、照相機、望遠鏡等先進光學儀器的鏡片。例如,含氧化鑭360%、氧化硼b2o340%的鑭玻璃具有優良的光學性能,是制作先進相機和潛望鏡鏡頭不可缺少的光學材料。此外,還可利用某些稀土元素的輻射防護特性生產防輻射玻璃。

7.冷工作

本實用新型涉及一種超硬度防火玻璃及其制造方法和專用設備,它通過化學氣相熱處理,在不影響玻璃原有顏色和透光率的前提下,改變其原有分子結構,使其在高溫火焰沖擊下達到超硬度標準,滿足防火要求它包括以下工藝過程:以鈉鈣硅玻璃為基材進行切割,精磨冷加工鈉鈣硅玻璃,鈉鈣硅玻璃表面經化學氣相熱處理后涂覆防火膜處理鈉鈣硅玻璃表面特殊物理增韌處理

8.發展

光學玻璃的發展與光學儀器的發展密切相關,光學系統的新改革往往對光學玻璃提出了新的要求,從而促進了光學玻璃的發展。同樣,新品種玻璃的試制成功也常常促進光學儀器的發展。

用于制造光學部件的光學材料是天然晶體,據說它們是古代阿西拉和中國古代天然電氣石(茶鏡)和黃色晶體的透鏡。考古學家已經證明,在公元三千年的埃及和我們(戰國時期),人們能夠制造玻璃。但是玻璃,就像鏡子一樣,始于13世紀的威尼斯。恩格斯在"自然辯證法"中對此給予了高度評價,認為它是當時杰出的發明之一。從那時起,由于天文學家和航海發展的需要,伽利略、牛頓、笛卡爾等也用玻璃制作了望遠鏡和顯微鏡。自16世紀以來,玻璃已成為制造光學零件的主要材料。

17世紀,光學系統的消色差成為光學儀器的中心問題。此時,由于玻璃成分的改善和玻璃中引入氧化鉛,赫爾在1729年才獲得一對消色差透鏡。此后,光學玻璃被分為兩類:日冕玻璃和燧石玻璃。

1768年紀南在法國首先用粘土棒攪拌的方法制得了均勻的光學玻璃,從而開始建立了獨立的光學玻璃制造工業。在十九世紀中葉,幾個發達的資本主義國家都先后建立了自己的光學玻璃工廠,如法國帕臘-芒圖公司(1872年)、英國錢斯公司(1848)、德國蕭特公司(1848)等。

十九世紀光學儀器有很大發展。一次世界大戰前夕,德國為了迅速發展軍用光學儀器,要求打破光學玻璃品種貧乏的限制。這時,著名物理學家阿員參加了蕭特廠的工作。他在玻璃中加入了新的氧化物如BaO,B2O3,ZnO,P2O3等,并且研究了它他對玻璃光學常數的影響。在這基礎上,發展了鋇冕、硼冕、鋅冕等類型玻璃,同時也開始試制了特殊相對部分色散的燧石玻璃。在這時期內,光學玻璃品種有了很大的擴展,因而在光學儀器方面出現了較完整的照相機及顯微鏡物鏡。

直至二十世紀三十年代以前,大部分工作仍在蕭特廠基礎上進行。到1934年獲得了一系列重冤玻璃,如德國號SK-16(620/603)及SK-18(639/555)等。到此為止,可以認為是光學玻璃發展的一個階段。

由于各種新品種光學玻璃在加工或使用性能上或多或少地存在著缺陷,因此在研究擴展光學玻璃領域的同時,還針對改善各種新品種光學玻璃的物理和物理化學性質。以及生產工藝進行了許多工作。

綜觀以上歷史發展的過程,可以預言今后光學玻璃的發展方向是:

①制得特別高折射率的玻璃;

②制得特殊相對部分色散的玻璃;

③發展紅外及紫外光學玻璃;

④取代玻璃中某些不良的成分如放射性的THO2,有毒的BcO,Sb2O3等;

⑤提高玻璃的化學穩定性;

⑥提高玻璃透明度和防止玻璃輻射著色;

⑦改進工藝過程,降低新品種玻璃價格。

一、特定的光學常及同一批玻璃光學常數的一樣性

種光學玻璃對不一樣波長光線都有規則的規范折射率數值,作為光學規劃者規劃光學系統的根據。所以工廠出產的光學玻璃的光學常數需要在這些數值容許誤差范圍以內,不然將使實踐的成象質量與規劃時預期的結果不符而影響光學儀器的質量。

二、透明性

光學系統成象的亮度和玻璃透明度成比例關系。光學玻璃對某一波長光線的透明度以光吸收系數Kλ表示。光線經過一系列棱鏡和透鏡后,其能量有些損耗于光學部件的界面反射而另一有些為介質(玻璃)自身所吸收。因而關于包含多片薄透鏡的光學系統,透過率的要途徑在于削減透鏡外表的反射損耗,如涂敷外表增透膜層等。

原標題:光學玻璃技術原理及檢驗(光學掩模板加工)

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