一文了解光学玻璃：从基础到前沿的应用分析

    光学玻璃，作为一种能够改变光传播方向，并对紫外、可见或红外光的相对光谱分布产生影响的玻璃材料，在现代科技领域占据着举足轻重的地位。从狭义的无色光学玻璃，到广义上涵盖有色光学玻璃、激光玻璃、石英光学玻璃等丰富品类，其应用之广泛，深入到光学仪器的各个关键部件。无论是常见的透镜、棱镜，还是反射镜与窗口，光学玻璃构成的元件已然成为光学设备和仪器的核心所在。

    在众多光学玻璃品类中，无色光学玻璃的应用最为广泛。在可见及近红外相当宽广的波段内，它几乎全透明的特性，使其成为望远镜、显微镜、照相机等光学设备中不可或缺的材料。依据折射率和色散的差异，无色光学玻璃拥有上百个牌号，主要分为冕牌光学玻璃（以K代表）和火石光学玻璃（以F代表）。冕牌玻璃本质上是硼硅酸盐玻璃，当加入氧化铝后则转变为火石玻璃。两者的显著区别在于，火石玻璃具有更大的折射率和色散，这一特性使其在光谱元件制造中备受青睐。

    随着科技的发展，一些特殊用途的光学玻璃也应运而生。耐辐射光学玻璃，不仅具备无色光学玻璃的各项优良性质，还能在放射性照射下基本维持性能稳定。在化学成分上，它是在无色光学玻璃的基础上，添加少量二氧化铈，以此消除高能辐射在玻璃中形成的色心，确保玻璃在受辐照后光吸收变化微乎其微，常用于受γ辐照的光学仪器。而有色光学玻璃，即滤光玻璃，对特定波长的光展现出选择性吸收或透射的性能。它拥有百余个品种，包含对某些颜色进行选择吸收的颜色滤光片、对所有波长光吸收相同的中性滤光片，以及基于光干涉原理将不需要颜色反射掉的干涉滤光片。

    近年来，光学玻璃领域不断推陈出新。具有特殊透过率的玻璃，如对红外和紫外光具备良好透过性能的产品；拥有独特折射率或色散特性，特高或特低的玻璃；能够随着光强改变颜色的玻璃；光沿磁力线方向通过时偏振面发生旋转的磁光玻璃；在外电场作用下产生双折射现象的电光玻璃等，这些新品种的出现，极大地拓展了光学玻璃的应用边界。

    光学玻璃的性能与其内部结构紧密相关。当光线入射到玻璃时，会呈现出反射、吸收和透射三种特性。光线透过玻璃的能力用透光率表示，被玻璃阻挡并按一定角度反射出来的现象以反射率衡量，而光线通过玻璃后损失的一部分光能量则由吸收率体现。为了获取较高的透光率，就需要尽可能减少光在玻璃表面的反射、玻璃内部的吸收以及散射造成的损失。反射率与入射角密切相关，入射角小于40度时，反射率随入射角的变化并不明显；但当入射角大于70度时，反射率会急剧上升。同时，反射率还会随着两介质折射率差值的增大而增加。在光吸收损失方面，玻璃颜色越深，其透明系数越小，并且透射损失会随着玻璃厚度的增加呈指数下降。散射损失主要发生在复合玻璃中，当玻璃内部存在能改变光方向的微粒时，部分光无法成像，进而失去作用。

    在实际应用中，不同场景对光学玻璃的性能有着不同的要求。以建筑玻璃为例，为了评价其光学及热工性能，需要精确测定多个参数。参考GB/T2680-2021《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》标准，可使用岛津紫外-可见-近红外分光光度计UV-3600iPlus和傅立叶变换红外光谱仪IRXross，测试中空夹胶玻璃在紫外、可见、近红外及中红外区域的透射率和反射率，再将数据导入建筑玻璃光学热工性能计算软件，便能直接得到太阳光直接透射比、太阳光直接反射比、太阳光直接吸收比、遮阳系数、辐射率等重要参数。

    在光学仪器制造领域，光学玻璃的质量直接影响着仪器的性能。例如，在高级照相机、摄像机、望远镜等设备的镜头制造中，由于稀土元素具有高折射率、低色散以及良好化学稳定性的特点，常被用于生产具有优良光学性质的光学玻璃。像含氧化镧360%、氧化硼340%的镧玻璃，便是制造高级照相机镜头和潜望镜镜头的关键光学材料。

    光学玻璃作为光电技术产业的基石和重要组成部分，正随着光学与电子信息科学、新材料科学的深度融合，在光传输、光储存和光电显示等领域发挥着愈发重要的作用。随着国内经济的持续稳定发展，中国的光学玻璃制造行业也取得了迅猛进步。据相关数据显示，2010年，光学玻璃制造行业规模以上企业数量达到246家，全年实现销售收入234.05亿元，同比增长53.70%；实现利润15.37亿元，同比增长87.10%；资产规模达到264.50亿元，同比增长77.49%。尽管金融危机对以国内销售为主的光学玻璃制造行业影响相对较小，但行业竞争也愈发激烈。国外企业加速进入中国市场，与国内企业组建合资公司，经过市场的洗礼，三资企业已成为行业竞争主体，民营企业也在不断追赶，形成了多元竞争的格局。