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光学玻璃分类

光学玻璃作为光学仪器最主要的部件,其性能参数直接影响到镜子的成像质量,但是网上却没有一份较为完整的中文资料,连google上都是满版的广告,sigh……

光学玻璃最早按照氧化铅含量划分为冕牌玻璃和火石玻璃,低于3%的为冕牌玻璃,高于3%的为火石玻璃,后来随着玻璃种类的增多改用折射率(refractive index)和色散系数(dispersion)划分,冕牌玻璃折射率通常小于1.6,色散系数(也称阿贝数,数值越大,色散越小)大于50,火石玻璃则相反。

Flickr上Sillysocks所拍摄的牛眼玻璃

冕牌玻璃(crown glass 缩写中最后一个字母为K):这个名字很容易让人误解为一个品牌,其实只是一种制作工艺,因此也有人翻译成皇冠玻璃:是先把玻璃液吹成一个皇冠状或者空心球状,再放在在一个快速旋转的平板中心重新加热,利用离心力将其展开铺平,形成一块直径1.5米左右的玻璃圆板,较为平薄的边缘就切成合适的形状做窗玻璃,中间的圆形凸起就是透镜的雏形了,不过也有人并不介意图像的扭曲,并称之为Bullseye windows (牛眼玻璃窗)。这种生产方法在1320年左右就被法国鲁昂附近的玻璃工匠发展成熟,但是作为商业秘密没有公布,于是一水之隔的英国人整整进口了三百年的窗玻璃,直到1628年伦敦才出现同样的工艺。

火石玻璃(Flint glass 也译作燧石玻璃,缩写以F结尾):在十七世纪中叶,英格兰东南部白垩纪沉积层中的火石矿被广泛用于制造铅玻璃(火石含铅量通常为4%-60%),故名。但是铅玻璃在生产和处理过程中会对环境造成污染,现在一般用二氧化钛、氧化锆等替代。

由于德国蔡司公司的玻璃型号齐全,性能稳定,一般沿用其命名标准。K代表冕牌,F代表燧石,Z为重,B代表硼,Ba代表钡,L代表镧 ,P代表磷,N代表无铅, 比如双筒望远镜中广泛采用的BK7棱镜,其所用的材料是硼硅酸盐玻璃(borosilicate 德语为 borkron)中的第7号;而视场更亮的BaK4棱镜则采用第4号轻钡冕玻璃(light barium crown ,德语中是baritleichtkron)。其他种类还包括氟冕(FK)、轻冕(QK)、重磷冕 (ZPK)、重冕(ZK)、特冕(TK)、轻火石(QF)、重火石(ZF)、重钡火石 (ZBaF)、冕火石(KF)、特种火石(TF)等等。在以色散系数为横坐标,折射率为纵坐标的阿贝图中分布如下:

阿贝图

还有一个不得不提的材料是Fluorite——萤石,其实就是氟化钙晶体(这种物质在我们的牙齿中就有,对防治龋齿有重要作用),它的色散非常低(阿贝数为95.3),这使得它非常适合用作光学材料,萤石矿分布比较广泛,但可满足光学精度要求的很少,加上其可加工性与化学稳定性较差(微溶于水),因而非常昂贵。

除了光学玻璃,常见的还有一些复合镜片,将几片光学性能不同的镜片胶合在一起使用以克服单一种类的缺陷:比如尼康公司的超低色散镜片ED(Extra-low Dispersion)、佳能公司的UD(Ultra Dispersion)、腾龙公司的LD(Low Dispersion)、适马公司的SLD、美能达公司开发的AD等等,也许是方便炒作吧,我不知道更多的技术细节,就不展开了。

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