一、光學玻璃類型
1.火石玻璃
火石玻璃是具有高折射率和低阿貝數的光學玻璃。
它的阿貝數通常在50至55之間,但也可稍低,折射率則在1.45到2.00之間。
2.冕玻璃
冕玻璃是具有低折射率和高阿貝數的光學玻璃。
它的折射率大概在1.5左右,阿貝數大約大于60。
傳統上冕玻璃是由包含大約10%的堿石灰硅酸鹽的氧化鉀制造的。不過現今的UD,ED鏡片都是良好的冕玻璃,人工結晶螢石更是出色的冕玻璃。
二、基本參數
上面已經提到了折射率和阿貝數這兩個主要參數,下面是主要光學玻璃參數列表:
1.Vd、Ve:阿貝數,要求四位有效數字
2.nd、ne:折射率,要求七位有效數字
3.ρ:玻璃密度,要求四位有效數字
4.透光率,要求四位有效數字
5.透光極限,要求波長表示
6.折射率隨著溫度變化的系數,要求三位有效數字
三、詳細介紹
1.阿貝數
阿貝數是德國物理學家恩斯特·阿貝定義的光學量,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均為角標,表示與夫瑯和費光譜中某一固定譜線的波長相同的光。V表示阿貝數,n表示折射率。
注:d,F,C分別為:氦黃線587.56nm,氫藍線486.1nm,氫紅線656.3nm
規律:阿貝數越小,光線色散程度越大。反之阿貝數越大光線色散程度越小。
冕玻璃與火石玻璃的分別:a.折射率≤1.6時, V≥50:冕玻璃 V<50:火石玻璃 b.折射率>1.6時, V≥55:冕玻璃 V<55:火石玻璃
肖特玻璃的阿貝數分布:
2.折射率
原始定義是某種介質內,n等于光在真空中的速度c與光在介質中的相速度v之比。
由此導出的定義是:光從真空進入某種介質發生折射時,入射角i的正弦跟折射角r的正弦之比等于這種介質的折射率n。
折射率描述了玻璃彎折光線的能力。
同樣的,由于玻璃對不同波長的光的折射率不同,因此應當在折射率數據內注明波長信息。
下面這張表給出了不同玻璃對不同波長光線的折射率-波長曲線。這也叫做色散曲線。
3.折射率隨波長的變化

這些數據相較于阿貝數往往可以更加直觀的觀察到玻璃的色散性質,也方便簡單的幾何光學計算。

上面這個是全光譜范圍內的一種光學玻璃的色散曲線。
4.透光率和透光極限
在可見光范圍內玻璃對光是線性吸收的,根據玻璃特性,吸收率不盡相同,而且吸收范圍也不盡相同。玻璃對光的吸收量由下式計算:
I=I0×e^(-αl)
其中α稱為該材料的吸收系數,與透光率是相關物理量。l為光線穿過的厚度,與透光率無關。該式由布格提出,故稱布格定律。
假說一種物質能對各種波長的光以相等的吸收率吸收,那么這就叫普遍吸收,水,空氣等就是普遍吸收。不過玻璃大部分是選擇吸收的。因此他們在紫外和紅外端都會有一個透光極限,對在兩個極限之間的光是透明的。常見的光學原料的透光極限如下表所列:
看,通常光學玻璃對紫外線的透過能力都比較低下,因此相機受紫外線影響也是比較輕微的。這不僅僅是感光元件對紫外線不敏感的緣故,也有玻璃對紫外線的阻隔。
5.玻璃密度/折射率-溫度變化率
這二者是玻璃的附加參數,其中折射率-溫度變化率尤為重要,它可以衡量溫度對光學組的影響,由此來進行合適的鏡筒設計避免溫度干擾。
總結:
折射率和阿貝數是光學玻璃兩大重要參數,有了這兩個數據就基本可以描述光學玻璃的性能了。不過基本的幾何光學計算里常使用折射率隨波長的變化計算色散。至于透光率和透光極限的確定,都是實驗方法,基本光學理論計算近乎不可能得到完全準確的答案。在強光區由于光與物質的其他相互作用,布格定律還會失效。因此我們討論的內容都只限于紅外和紫外所夾的區段的普通光線的參數。