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紫外光学玻璃

/ultraviolet transmitting optical glass/
条目作者胡丽丽

胡丽丽

最后更新 2022-01-20
浏览 282
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一种紫外截止波长短,紫外透过率高的光学玻璃

英文名称
ultraviolet transmitting optical glass
所属学科
材料科学与工程

最具代表性的紫外光学玻璃是肖特公司的Ultran-20牌号的氟磷酸盐玻璃,5毫米厚度的玻璃在200纳米处透过率为50%。紫外氧化物光学玻璃的50%透过率波长通常在270~350纳米。紫外光学玻璃主要用于光谱仪的窗口材料、紫外光学透镜、光学滤片,在半导体工业的光刻、准分子激光光学系统的透镜、高能激光系统、光纤光学和空间领域也有广泛应用。

光学玻璃的紫外吸收主要来源于本征吸收和杂质吸收。

取决于电子从价带到高能态的电离能大小。在氧化物玻璃中,氧离子的电子电离能决定了紫外吸收峰的位置。电离能越大,紫外吸收峰对应的波长越短。其中桥氧的结合能大,其电子电离能大;非桥氧的结合能小,其电子电离能小。因此,减少玻璃中非桥氧的数量可以有效提高玻璃的紫外透过率。

氧化物玻璃中,石英玻璃由于其硅氧键结合强度大,具有最高的紫外透过率。纯氧化硼和纯五氧化二磷玻璃都具有很好的紫外透过率,但它们的物理性质和化学稳定性差,不具有实用价值。硅酸盐玻璃含有网络修饰体,内含较多非桥氧,紫外透过性能较石英玻璃差。在硅酸盐玻璃中加入适量氧化硼或氧化铝可以减少非桥氧数量,提高紫外透过率。氟化物玻璃或氟磷酸盐玻璃中氟离子的电子激发能大于氧离子,因此,氟化物玻璃或氟磷酸盐玻璃的紫外透过率通常高于氧化物玻璃。例如,0.7毫米厚度,含20%氟化镁、50%氟化钙、30%氟化铝的氟化物玻璃,其紫外透过波长可达到160纳米。含30mol%网络修饰体的氟化硼氟化物玻璃的紫外透过性能与石英玻璃相当。此外,氟化物晶体,如氟化锂、氟化钙、氟化镁晶体是透紫外性能最佳的光学材料。

3d过渡族离子如钒、铬、锰、铁、铜、镍、钴和大多数稀土离子在紫外波段有强吸收,需控制原料中这些杂质的含量。光学玻璃熔制过程需要严格控制的杂质离子是铂离子和铁离子。铂离子主要来自铂坩埚和搅拌器,其吸收峰位于400纳米。铁通常来自原料和环境污染,三价铁离子吸收峰位于230纳米。因此,制备紫外光学玻璃要选用高纯原料,严格控制上述杂质污染,并且尽可能选择还原性气氛和非铂金容器。


  • BACH H,NEUROTH N.The properties of optical glass.Springer,1995.

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