无机非金属材料工学课程
论文题目：论光学功能玻璃的应用及发展
院 系 建筑与材料工程系
专 业 工程管理
班 级 一班
学生姓名
学 号
任课教师
2013年 12月 20日
论光学功能玻璃的应用及发展
工程管理 专业 学生 胡官佰 学号 1151011052
摘要：特种玻璃，又叫新型玻璃，是指除日用玻璃以外的丶采用精制高纯或新型原料，或采用新工艺在特殊条件下或严格控制形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃，也包括经玻璃晶化获得的微晶玻璃。它们是在普通玻璃所具有的透光性丶耐久性丶气密性丶形状不变性丶耐热性丶电绝缘性丶组成多样性丶易成型和可加工性等有益性能的基础上，通过：{ = 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT |①使玻璃具有特殊的功能；将上述某项特性发挥至极点； 将上述某项特性以另一种特性置换；牺牲上述某些性能而赋予某项有用的特性之后获得的。习惯上，人们把能够大规模生产的平板玻璃丶器皿玻璃丶电真空玻璃和光学玻璃称为普通玻璃，而把二氧化硅含量在85％以上或55％以下的硅酸盐玻璃丶非硅酸盐氧化物玻璃以及非氧化物玻璃等称为特种玻璃。某些特种玻璃以及得到了广泛应用，而大部分的特种玻璃虽具有广泛的应用前景，但还处于研究开发之中。
关键词：特种玻璃；光学玻璃；光功能玻璃；我国光学玻璃发展展望
一、特种玻璃
（一） 特种玻璃的含义是什么?这是人们常常要问到的。“特种”和“普通”之间没有明的界限,但是在玻璃系统,应用范围和生产规模上是有区别的,也随着时代的发展而变化的。几千年以前,人们就掌握了熔制玻璃的技术,玻璃首先用在装饰品上以后在日用器皿上得到应用,至今瓶罐和器皿玻璃仍是应用最广,品种与产量最多的以来,以窗玻璃为代表的平板玻璃和从电灯泡玻璃发展起来的电真空玻璃也得到广泛应用,已形成了玻璃工业。以上这三大类玻璃都是以石英砂岩
为主要原料的硅酸盐玻璃。还有,如化学仪器玻璃、医用和计量玻璃以及玻璃纤维等也都以硅酸盐玻璃系统为基础,而且二氧化硅含量都在60一80%(分子)之间。上述这一批玻璃都已大规模工业生产,在我国经过三十年的发展,至今,各类玻璃的年生产量都以万吨计,职工人数也已万人计。因此,我们往往称为“常用”或“普遍”玻璃。
（二） 特种玻璃是相对普通玻璃而言，用于特殊用途的玻璃。产品涉及的名称有：、、、、、壁炉玻璃、波峰焊玻璃、、高温耐高压玻璃、透紫外线玻璃、光学玻璃、、激光防护玻璃、电焊防护玻璃、玻璃视筒、高铝玻璃、铝硅酸盐玻璃、陶瓷玻璃、微晶玻璃、高硼硅玻璃、电控变色玻璃、、船用防火玻璃、、钢化玻璃、夹丝玻璃、、、防紫外线玻璃、透红外线玻璃等。
二、光学玻璃
我国光学玻璃的生产是从新中国成立后逐步发展起来的。经过五十年代的研究和发展,自六十年代起,我国能成批生产无色光学玻璃近50一60种牌号和成套的光学滤光玻璃,并发展了一批稀土光学玻璃,满足了我国光学工业的需要。我国光学玻璃的研究与发展工作的主要结果汇集于专著“光学玻璃”中。我国现在年产光学玻璃700余吨、138种牌号。建立了我国光学玻璃品种和质量的国家标准。六十年代就建立了耐辐射光学玻璃系列并已投入生产。生产光学玻璃的原料和耐火材料大部分立足于国内。近年来光学玻璃的品种方面着重于发展特殊色散光学玻璃和热光畸变小的光学玻璃,玻璃中引入Nb:O。、Ta:O。形成高折射率光学玻璃以及改进玻璃的化学稳定性和抗析晶性能。在工艺上开发光学玻璃的连续熔炼,以代替目前在我国还常用的浇铸法和古典法。 光学玻璃是光电技术产业的基础和重要组成部分。特别是在20世纪90年代以后，随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合，作为光电子基础材料的光学玻璃在光传输、光储存和光电显示三大领域的应用更是突飞猛进，成为社会信息化尤其是光电信息技术发展的基础条件之一。
三、光功能玻璃 光功能在所有功能玻璃中占的比例最大，其中包括光导玻璃纤维、激光玻璃、光致变色玻璃、光的选择透过和反射玻璃和非线性等。光在玻璃中传输会有光损失。为避免长距离传输中的中继站问题，人们正在研究开发传输损耗低的卤化物玻璃，以期实现万公里无中继超远距离通信。
光功能玻璃在光学仪器中起着核心作用。可做成各种特殊要求的透镜、棱镜、
反射镜等，以扩展光学仪器的用途或改善其性能。用离子交换法和光刻蚀技术，可以做出具有折射率梯度分布的平面微透镜，这种透镜在复印机中作图转换，可使复印机体积大幅度缩小。日本大阪松浪硝子公司在磷酸盐玻璃中添加稀土类金属，开发出可遮挡近红外线的玻璃，供影像照相机和自动焦点照相机使用。 激光玻璃广泛用于工业、自然科学、医学、军事等方面。在工业领域用于激光打孔、焊接、切割、测距等，自然科学领域用于喇曼光谱、布里渊散射的研究等，医学领域用于治疗皮肤病，切除肿瘤等，军事领域用于制导、导航等。
非线性光学玻璃是近几年新出现的光功能玻璃。现在社会正由电子时代向光量子时代转化，在光量子时代对光信号的处理（包括波长变换，信号放大，光学倍频，光记录，光开关等）也要用到光学元件。随着信息科学的发展及光学计算机的研制，非线性光学玻璃必将具有光明的前景。
四、我国光学玻璃发展展望
20世纪90年代以后,随着光学与信息科学和新材料科学的不断融合,光学与电子科学的不断融合以及信息产业的崛起,使光学玻璃在光传输、光储存和光电显示三大领域的应用更是突飞猛进。光学玻璃被广泛应用于光电产品对信息采集、传输、存贮、转换和显示的各个方面,这有力地促进了光学玻璃向更高层次的发展。
目前,传统光学玻璃虽在生产上的增长开始减缓,但在医学、航天、航空和常规武器装备等领域依然呈增长态势。在光电信息领域,传统的K9光学玻璃及ZK系列光学玻璃的需求量仍然巨大,主要体现在三大领域:一是光信号传输转换领域,如数码照摄像机、液晶投影电视、影像扫描器、条码扫描器、数码复印机、激光打印机和可视电话等;二是在光储存领域,如CD-ROM, DVD-ROM和MD-PLAYER等光读取头计算机硬盘玻璃基板等;三是在光电显示器领域,包括背投电视投影管镜头和LCD投影机光学引擎等。在传统的光学玻璃方面,我国已经形成了技术成熟、品种齐全的各种规格光学玻璃,并且能够规模化生产,不仅能够满足国内需要,而且大规模出口。
在新型光功能玻璃方面,声光玻璃和磁光玻璃等一些光功能玻璃能够满足国内需要,但尚未形成系列化。径向梯度折射率透镜在国内也已经能够小规模化生产,但对空间光学和光学可变焦系统方面有着巨大应用潜力的大尺寸轴向梯度折射率材料来说仍然是空白。我国从事激光技术的科研人员自力更生发展了我国的激光玻璃,为我国固体激光技术的发展打下了良好基础。但光纤激光器和放大器用稀土离子掺杂光学玻璃仍然未能达到实用化和规模化生产。
在国内,新型光功能玻璃的研究、发展能力与国外相比较弱,这主要是由于我国
在相关材料研究和相关器件的应用上仍处于劣势,而且在相关应用领域的研究也比较落后。总的来看,在传统光学玻璃领域,由于我国有资源的优势,在国内外市场上具有一席之地,但是付出了能源和资源大量消耗和环境污染的巨大代价。而世界上一些著名的光学玻璃生产厂家,如美国的Corning公司、德国的Schott公司、日本的HOYA公司等已经把光学玻璃重点由传统光学玻璃转向新型光功能玻璃,基本上垄断了新型光功能玻璃的国际市场。从光学玻璃价值来看,由于这些新型光功能玻璃的技术含量高、生产工艺复杂,而且在光电技术领域应用范围广,甚至是不可或缺的,所以附加值大,价格是传统光学玻璃的数十倍,成为光学玻璃行业发展的主要动力。因此,我国应加大光功能玻璃材料和相关器件的应用研究,继承并发扬老一辈光学玻璃工作者的创业精神,推动我国光学玻璃事业的进一步发展。
参考文献
[1] 干福喜等；《光学玻璃》 ；科学出版社；1964年版
[2] 林宗寿；《无机非金属材料工学》 ；武汉理工大学出版社；2008年第三版
[3] 百度百科；http://baike.baidu.com/，光学功能玻璃释义
[4] 中国知网；http://epub.cnki.net，光学玻璃检索
[5] 广东金刚玻璃科技股份有限公司；《特种玻璃.结构.幕墙》 ；汕头大学出版社；2003版
[6] 姜中宏；《新型光功能玻璃》 ；化学工业出版社；2008—5—1
课程论文评分表
无机非金属材料工学课程
论文题目：论光学功能玻璃的应用及发展
院 系 建筑与材料工程系
专 业 工程管理
班 级 一班
学生姓名
学 号
任课教师
2013年 12月 20日
论光学功能玻璃的应用及发展
工程管理 专业 学生 胡官佰 学号 1151011052
摘要：特种玻璃，又叫新型玻璃，是指除日用玻璃以外的丶采用精制高纯或新型原料，或采用新工艺在特殊条件下或严格控制形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃，也包括经玻璃晶化获得的微晶玻璃。它们是在普通玻璃所具有的透光性丶耐久性丶气密性丶形状不变性丶耐热性丶电绝缘性丶组成多样性丶易成型和可加工性等有益性能的基础上，通过：{ = 1 \* GB3 \* MERGEFORMAT |①使玻璃具有特殊的功能；将上述某项特性发挥至极点； 将上述某项特性以另一种特性置换；牺牲上述某些性能而赋予某项有用的特性之后获得的。习惯上，人们把能够大规模生产的平板玻璃丶器皿玻璃丶电真空玻璃和光学玻璃称为普通玻璃，而把二氧化硅含量在85％以上或55％以下的硅酸盐玻璃丶非硅酸盐氧化物玻璃以及非氧化物玻璃等称为特种玻璃。某些特种玻璃以及得到了广泛应用，而大部分的特种玻璃虽具有广泛的应用前景，但还处于研究开发之中。
关键词：特种玻璃；光学玻璃；光功能玻璃；我国光学玻璃发展展望
一、特种玻璃
（一） 特种玻璃的含义是什么?这是人们常常要问到的。“特种”和“普通”之间没有明的界限,但是在玻璃系统,应用范围和生产规模上是有区别的,也随着时代的发展而变化的。几千年以前,人们就掌握了熔制玻璃的技术,玻璃首先用在装饰品上以后在日用器皿上得到应用,至今瓶罐和器皿玻璃仍是应用最广,品种与产量最多的以来,以窗玻璃为代表的平板玻璃和从电灯泡玻璃发展起来的电真空玻璃也得到广泛应用,已形成了玻璃工业。以上这三大类玻璃都是以石英砂岩
为主要原料的硅酸盐玻璃。还有,如化学仪器玻璃、医用和计量玻璃以及玻璃纤维等也都以硅酸盐玻璃系统为基础,而且二氧化硅含量都在60一80%(分子)之间。上述这一批玻璃都已大规模工业生产,在我国经过三十年的发展,至今,各类玻璃的年生产量都以万吨计,职工人数也已万人计。因此,我们往往称为“常用”或“普遍”玻璃。
（二） 特种玻璃是相对普通玻璃而言，用于特殊用途的玻璃。产品涉及的名称有：、、、、、壁炉玻璃、波峰焊玻璃、、高温耐高压玻璃、透紫外线玻璃、光学玻璃、、激光防护玻璃、电焊防护玻璃、玻璃视筒、高铝玻璃、铝硅酸盐玻璃、陶瓷玻璃、微晶玻璃、高硼硅玻璃、电控变色玻璃、、船用防火玻璃、、钢化玻璃、夹丝玻璃、、、防紫外线玻璃、透红外线玻璃等。
二、光学玻璃
我国光学玻璃的生产是从新中国成立后逐步发展起来的。经过五十年代的研究和发展,自六十年代起,我国能成批生产无色光学玻璃近50一60种牌号和成套的光学滤光玻璃,并发展了一批稀土光学玻璃,满足了我国光学工业的需要。我国光学玻璃的研究与发展工作的主要结果汇集于专著“光学玻璃”中。我国现在年产光学玻璃700余吨、138种牌号。建立了我国光学玻璃品种和质量的国家标准。六十年代就建立了耐辐射光学玻璃系列并已投入生产。生产光学玻璃的原料和耐火材料大部分立足于国内。近年来光学玻璃的品种方面着重于发展特殊色散光学玻璃和热光畸变小的光学玻璃,玻璃中引入Nb:O。、Ta:O。形成高折射率光学玻璃以及改进玻璃的化学稳定性和抗析晶性能。在工艺上开发光学玻璃的连续熔炼,以代替目前在我国还常用的浇铸法和古典法。 光学玻璃是光电技术产业的基础和重要组成部分。特别是在20世纪90年代以后，随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合，作为光电子基础材料的光学玻璃在光传输、光储存和光电显示三大领域的应用更是突飞猛进，成为社会信息化尤其是光电信息技术发展的基础条件之一。
三、光功能玻璃 光功能在所有功能玻璃中占的比例最大，其中包括光导玻璃纤维、激光玻璃、光致变色玻璃、光的选择透过和反射玻璃和非线性等。光在玻璃中传输会有光损失。为避免长距离传输中的中继站问题，人们正在研究开发传输损耗低的卤化物玻璃，以期实现万公里无中继超远距离通信。
光功能玻璃在光学仪器中起着核心作用。可做成各种特殊要求的透镜、棱镜、
反射镜等，以扩展光学仪器的用途或改善其性能。用离子交换法和光刻蚀技术，可以做出具有折射率梯度分布的平面微透镜，这种透镜在复印机中作图转换，可使复印机体积大幅度缩小。日本大阪松浪硝子公司在磷酸盐玻璃中添加稀土类金属，开发出可遮挡近红外线的玻璃，供影像照相机和自动焦点照相机使用。 激光玻璃广泛用于工业、自然科学、医学、军事等方面。在工业领域用于激光打孔、焊接、切割、测距等，自然科学领域用于喇曼光谱、布里渊散射的研究等，医学领域用于治疗皮肤病，切除肿瘤等，军事领域用于制导、导航等。
非线性光学玻璃是近几年新出现的光功能玻璃。现在社会正由电子时代向光量子时代转化，在光量子时代对光信号的处理（包括波长变换，信号放大，光学倍频，光记录，光开关等）也要用到光学元件。随着信息科学的发展及光学计算机的研制，非线性光学玻璃必将具有光明的前景。
四、我国光学玻璃发展展望
20世纪90年代以后,随着光学与信息科学和新材料科学的不断融合,光学与电子科学的不断融合以及信息产业的崛起,使光学玻璃在光传输、光储存和光电显示三大领域的应用更是突飞猛进。光学玻璃被广泛应用于光电产品对信息采集、传输、存贮、转换和显示的各个方面,这有力地促进了光学玻璃向更高层次的发展。
目前,传统光学玻璃虽在生产上的增长开始减缓,但在医学、航天、航空和常规武器装备等领域依然呈增长态势。在光电信息领域,传统的K9光学玻璃及ZK系列光学玻璃的需求量仍然巨大,主要体现在三大领域:一是光信号传输转换领域,如数码照摄像机、液晶投影电视、影像扫描器、条码扫描器、数码复印机、激光打印机和可视电话等;二是在光储存领域,如CD-ROM, DVD-ROM和MD-PLAYER等光读取头计算机硬盘玻璃基板等;三是在光电显示器领域,包括背投电视投影管镜头和LCD投影机光学引擎等。在传统的光学玻璃方面,我国已经形成了技术成熟、品种齐全的各种规格光学玻璃,并且能够规模化生产,不仅能够满足国内需要,而且大规模出口。
在新型光功能玻璃方面,声光玻璃和磁光玻璃等一些光功能玻璃能够满足国内需要,但尚未形成系列化。径向梯度折射率透镜在国内也已经能够小规模化生产,但对空间光学和光学可变焦系统方面有着巨大应用潜力的大尺寸轴向梯度折射率材料来说仍然是空白。我国从事激光技术的科研人员自力更生发展了我国的激光玻璃,为我国固体激光技术的发展打下了良好基础。但光纤激光器和放大器用稀土离子掺杂光学玻璃仍然未能达到实用化和规模化生产。
在国内,新型光功能玻璃的研究、发展能力与国外相比较弱,这主要是由于我国
在相关材料研究和相关器件的应用上仍处于劣势,而且在相关应用领域的研究也比较落后。总的来看,在传统光学玻璃领域,由于我国有资源的优势,在国内外市场上具有一席之地,但是付出了能源和资源大量消耗和环境污染的巨大代价。而世界上一些著名的光学玻璃生产厂家,如美国的Corning公司、德国的Schott公司、日本的HOYA公司等已经把光学玻璃重点由传统光学玻璃转向新型光功能玻璃,基本上垄断了新型光功能玻璃的国际市场。从光学玻璃价值来看,由于这些新型光功能玻璃的技术含量高、生产工艺复杂,而且在光电技术领域应用范围广,甚至是不可或缺的,所以附加值大,价格是传统光学玻璃的数十倍,成为光学玻璃行业发展的主要动力。因此,我国应加大光功能玻璃材料和相关器件的应用研究,继承并发扬老一辈光学玻璃工作者的创业精神,推动我国光学玻璃事业的进一步发展。
参考文献
[1] 干福喜等；《光学玻璃》 ；科学出版社；1964年版
[2] 林宗寿；《无机非金属材料工学》 ；武汉理工大学出版社；2008年第三版
[3] 百度百科；http://baike.baidu.com/，光学功能玻璃释义
[4] 中国知网；http://epub.cnki.net，光学玻璃检索
[5] 广东金刚玻璃科技股份有限公司；《特种玻璃.结构.幕墙》 ；汕头大学出版社；2003版
[6] 姜中宏；《新型光功能玻璃》 ；化学工业出版社；2008—5—1
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