玻璃折射率隨溫度而發(fā)生改變,即玻璃折射率是溫度的函數(shù),它們之間的關(guān)系與玻璃成分及結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。
但溫度上升時(shí),玻璃折射率將受到作用相反的兩個(gè)因素的影響:①由于溫度上升,玻璃受熱膨脹使密度減小,折射率下降;②電子振動(dòng)的本征頻率(或產(chǎn)生躍遷的禁帶寬度),隨溫度上升而減小,致(因本征頻率重疊而引起的)紫外吸收極限向長(zhǎng)波方向移動(dòng),折射率上升。
對(duì)固體(包括玻璃)來說,這兩個(gè)因素可用式(1)表示:
δn/δt=R·δa/δt+a·δR/δt——(1)
式中:n——折射率;R——玻璃分子折射率;a——玻璃膨脹系數(shù);t——溫度。
可見玻璃折射率的溫度系數(shù)取決于玻璃分子折射度隨溫度的變化(δR/δt)和熱膨脹系數(shù)隨溫度的邊(δa/δt)兩個(gè)方面,前者使折射率上升,后者使折射率下降,故玻璃折射率的溫度系數(shù)有正負(fù)兩種可能。
在Tg溫蒂下。由于玻璃熱膨脹系數(shù)變化不大,故在室溫以上大多數(shù)光學(xué)玻璃折射率溫度系數(shù)主要決定于(δR/δt),折射率溫度系數(shù)為正值。但在較低溫度時(shí),(δa/δt)起主導(dǎo)作用,其折射率隨溫度升高而減小,折射率溫度系數(shù)為負(fù)值。對(duì)熱膨脹系數(shù)較大的硼氧玻璃和磷氧玻璃,其折射率主要決定于(δa/δt),折射率溫度系數(shù)為負(fù)值,隨著溫度的升高,真維斯樓表現(xiàn)為連續(xù)地下街,見圖4-52.
當(dāng)溫度升高至Tg~Td范圍內(nèi),玻璃的結(jié)構(gòu)會(huì)迅速達(dá)地調(diào)整到該溫度的平衡狀態(tài),此時(shí),玻璃的折射率與該溫度下結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)相當(dāng),即達(dá)到該溫度下的平衡折射率。玻璃的平衡折射率隨著溫度的升高而成直線地減小。若將玻璃試樣很快地加熱到接近于軟化溫度,并在此溫度下保溫,則根據(jù)這一溫度的不同,玻璃試樣的折射率或者增加或者減小。如果該溫度下,玻璃原來的折射率高于該溫度時(shí)的平衡折射率,則試樣在此溫度下保溫時(shí),玻璃的折射率將減小,直至達(dá)到平衡折射率;反之,當(dāng)玻璃原來的折射率低于平衡折射率時(shí),則在保溫時(shí)玻璃的折射率將升高,直至達(dá)到平衡折射率。這一性質(zhì)在光學(xué)玻璃的制造工藝中有重要的意義。
熱歷史對(duì)玻璃折射率的影響表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:
① 如將玻璃在退火去內(nèi)某一溫度保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間后達(dá)到平衡結(jié)構(gòu),以后若以無限大速率冷卻到室溫,則玻璃仍保持此溫度下的平衡結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的平衡折射率。
② 把玻璃保持于退火溫度范圍內(nèi)的某一溫度,其趨向平衡折射率的速率與所保持的溫度有關(guān),溫度越高趨向該溫度下的平衡折射率速率越快。
③ 當(dāng)玻璃在退火溫度范圍內(nèi)達(dá)到平衡折射率后,不同的冷卻速度將得到不同的折射率。冷卻速度快,其折射率低;冷卻速度慢,其折射率高。
④ 當(dāng)成分相同的兩塊玻璃處于不同退火溫度范圍內(nèi)保溫,分別達(dá)到不同的平衡折射率后,以相同的速度冷卻時(shí),則保溫時(shí)的溫度越高,其折射率越小,保溫時(shí)的溫度越高,其折射率越小,保溫時(shí)的溫度越低,則其折射率越高 。
由于熱歷史不同而引起的折射率變化,最高可達(dá)幾十個(gè)單位(每個(gè)折射率單位為0.0001)。因此,人民可通過控制退火溫度和時(shí)間來修正折射率的微笑偏差,以達(dá)到光學(xué)玻璃的使用要求。
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