光學塑料

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)

俗稱有機玻璃，是光學性能最好的塑料。PMMA力學和電學性能一般，熱膨脹系數(shù)是無機玻璃的8-10倍，長期使用溫度僅為80度，吸濕性偏高，水中浸泡24h后吸水率達到0.1%-0.4%。PMMA能注塑、擠出和熱成型透明制品也可以澆鑄成型，將液體的PMMA單體和催化劑一起注入模具中，在適當溫度下保溫并緩慢冷卻。

聚苯乙烯(PS)

與PMMA和PC一起稱為三大透明塑料。它的光學性能比PMMA差，但吸濕率低，飽和吸水率仞為0.03%-0.05%。模塑成型光學制品時需注意，PS制品的雙折射率大，易應力發(fā)白和開裂。制品抗沖性能差，低溫脆性明顯。而且PS制品的耐候性差，長期存放和受陽光照射會發(fā)黃變濁。

聚碳酸脂(PC)

是綜合性能優(yōu)良的透明工程塑料，PC光學性能僅低于PMMA。但耐熱耐寒，在-135-120度范圍內(nèi)能保持力學性能穩(wěn)定。PC制品的硬度低，耐磨性差，雙折射率高，PC溶體的黏度高，成型時對水敏感，成型后殘余應力高。注射、擠出和吹塑高質(zhì)量的PC透明制品有較高的工藝要求。

苯乙烯丙烯腈?？s寫成AS與SAN

含有質(zhì)量分數(shù)20%-30%的丙烯腈單體，其余為苯乙烯單體與之共聚。AS的透光率與PS相當，但折射率稍低，AS材料最高連續(xù)使用溫度比PS高10度，力學性能、耐候性和耐應力開裂也得到改善;剛性較高，抗劃痕性較好，制品的尺寸穩(wěn)定;同時又有PS的較好模塑流動性，但仍未明顯改善老化發(fā)黃的傾向。

苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(MS)

由70%苯乙烯與30%甲基丙烯酸甲酯共聚物而成，共聚物的透光率優(yōu)于PS，又保持PS的良好流動性。它改善了PMMA的耐候性、耐油性和耐磨性。

聚4-甲基-1-戊烯，簡稱TPX，商品名為TPX

它是結晶型的透明塑料，透光率為90%，PMP的密度僅為0.83g/cm3，最低的折射率1.465，紫外線透過率僅次于無機玻璃，其熔體黏度低，能注射、擠出和吹塑各種制品，PMP的耐藥性好，又有較好的耐熱性。因此，PMP大多應用于醫(yī)療器械，也用于家用電器、照明用具、食品容器和薄膜。

透明聚酰胺

是一種無定型的聚合物。透光率可達90%，吸水率較高為0.41%，但低于大多數(shù)聚酰胺品種。它兼有普通聚酰胺的良好力學性能，且抗刻痕和耐應力開裂優(yōu)于PMMA和PC。

Optical Plastics

用來制造各種光學零件的塑料介質(zhì)。由于光學塑料與光學玻璃比較具有良好的可塑成型工藝特性、重量輕、成本低廉等優(yōu)點，采用光學塑料制造光學零件(包括簡單的照相透鏡)，特別是制造某些特種光學零件日益增多。光學塑料的折射率范圍由1.42至1.69，阿貝常數(shù)，γ=65.3~18.8。

光介質(zhì)材料是傳輸光線的材料。入射的光線經(jīng)過折射、反射會改變光線的方向、位相和偏振態(tài)；還可經(jīng)過吸收或散射改變光線的強度和光譜成分。傳統(tǒng)上常把光學材料限定為晶態(tài)（光學晶體）、非晶態(tài)（光學玻璃）、有機化合物（光學塑料）。

光學玻璃根據(jù)對它的不同要求，可把光學玻璃分為：對光學常數(shù)有特定要求的無色光學玻璃；在γ 射線區(qū)具有一定抗輻射特性、在可見光區(qū)不產(chǎn)生強烈光吸收的耐輻射光學玻璃；對不同波長具有特定光吸收或透射的有色光學玻璃以及石英玻璃等。

無色光學玻璃是使用量最大的光學材料。以折射率nd、色散系數(shù)（阿貝數(shù)v）和部分色散系數(shù)表示其特征性質(zhì)。各類無色光學玻璃與nd、v的關系可統(tǒng)一表示在nd-v關系圖中。將nd-v圖分成若干個區(qū)域,每一區(qū)域內(nèi)都有折射率及色散系數(shù)相近的若干個玻璃牌號，統(tǒng)稱為一類品種。凡具有一定nd、v值的玻璃（在nd-v圖中為一個點）稱為一個牌號。

光學玻璃按折射率、色散系數(shù)分為兩大類，即冕牌和火石光學玻璃。根據(jù)國際慣例和中國國家標準規(guī)定,K代表冕牌玻璃,F代表火石玻璃。中國光學玻璃共有18個品種、141個牌號,生產(chǎn)的典型光學玻璃的nd-v關系如圖所示。 玻璃的光學性質(zhì)取決于化學成分。冕牌玻璃是硼硅酸鹽玻璃；加入氧化鉛后成為火石玻璃。在冕牌玻璃中，隨著氧化鋇含量的增加，折射率增加，分成鋇冕及重冕玻璃?；鹗Ａе校S著氧化鉛含量的增加，折射率增大，分成冕火石、輕火石、火石及重火石等品種。含氧化鋇的鉛玻璃又分鋇火石及重鋇火石玻璃。40年代以來，隨著光學系統(tǒng)的發(fā)展，為了擴大光學常數(shù)的范圍，在玻璃中加入新的化學成分，玻璃品種日益增多。例如，加入氧化鑭及其他稀土氧化物形成高折射率低色散的鑭冕和鑭火石玻璃品種系列；加入二氧化鈦及氟化物形成高色散的特冕和鈦火石玻璃；以磷酸鹽和氟磷酸鹽為基礎發(fā)展了低折射率低色散玻璃（如氟冕和磷冕玻璃）。

耐輻射光學玻璃用于受γ 輻射照射場合下的光學儀器中。它除具有無色光學玻璃的各項性質(zhì)外，并要求在一定輻射劑量下光密度的變化必須保持在規(guī)定的數(shù)值以內(nèi)。其品種及牌號與無色光學玻璃相同。玻璃的化學成分是在無色光學玻璃的基礎上，添加少量二氧化鈰來消除高能輻射在玻璃中所形成的色心。因為O和Ce的吸收帶都處在紫外區(qū)，價態(tài)變化對可見區(qū)透過的影響不大，因此這種玻璃受輻照后光吸收變化很小。

有色光學玻璃 亦稱濾光玻璃,目前已有百余種。由它制成的各種濾光鏡廣泛應用于觀察、照相系統(tǒng)和紅外波段工作的光學儀器中。按光譜特性分為選擇性吸收型、截止型和中性灰色型三類。選擇性吸收型有色光學玻璃能夠吸收或透過一些特定波長的光線，以其透過率為特征性質(zhì)，按顏色分品種；截止型有色光學玻璃以截止透過界限波長為特征；中性灰色型有色光學玻璃對各波長的光線是無選擇地均勻吸收，以平均透過率為特征。

有色光學玻璃是在基質(zhì)玻璃中添加著色劑獲得的，所需的光譜性質(zhì)取決于著色劑的種類和含量。第四周期過渡元素離子及個別鑭系和錒系元素離子產(chǎn)生離子吸收，是選擇吸收型和個別截止型有色光學玻璃的著色劑；硫化鎘、硒化鎘、碲化合物作為著色劑,可制成400～1000nm截止吸收的黃、橙、紅及紅外濾光玻璃。

紫外和紅外光學玻璃 它們在該光譜區(qū)域具有良好的透過率。目前紫外光學玻璃以光學熔石英為主，正在發(fā)展氟化物光學玻璃,其紫外透過極限為200nm。紅外光學玻璃以鋁酸鹽和鍺酸鹽玻璃為主,紅外透過截止在4～5μm。硫系化合物玻璃透過截止在15μm。

近年出現(xiàn)了一些特殊品種的光學玻璃，如光沿著磁力線方向通過玻璃時偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的磁光玻璃；光按一定方向通過一傳播超聲波的玻璃時，能發(fā)生光的衍射、反射、會聚式光頻移動的聲光玻璃，在外界電場作用下產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象的電光玻璃等等。

光學晶體結晶材料的光學應用范圍極其廣泛，可制作各種光學零件，紫外、可見、紅外波段的窗口，棱鏡和透鏡，偏振器、推遲板和補償器，電光、聲光、光彈、磁光調(diào)制器以及諧波發(fā)生和多波混頻器。玻璃比晶體易于制造且價格較低。在可見光波段大多采用玻璃制作光學元件，但在紅外和紫外波段則廣泛使用各種晶體。若干用途較廣的材料的性質(zhì)列于下表中。光學塑料光學有機塑料是另一類光介質(zhì)材料，它易于成形、價格低，主要應用于眼鏡工業(yè)、復制光學元件和纖維光學工業(yè)。光學塑料分為熱塑型材料、熱固材料和共聚物三大類，以熱塑型為主。熱塑型材料中較普遍采用的是聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯醋酸纖維素等；熱固材料中包括透明環(huán)氧樹脂、二丙烯基二乙二醇碳酸酯（商品牌號C-39）和甲基丙烯酸羥乙酯等；共聚物有苯乙烯-丙烯酸樹脂、丙烯腈-苯乙烯樹脂或熱塑和熱固材料間的共聚物。

參考書目

干福熹等著：《光學玻璃》，科學出版社,北京,1982。

《光學儀器設計手冊》編輯組編：《光學儀器設計手冊》，上冊，國防工業(yè)出版社，北京，1951。

本書是光學類專業(yè)學生學習光學系統(tǒng)設計和制造有關基礎知識和基本理論的教材。其主要內(nèi)容包括:光學系統(tǒng)中常用的光學玻璃、光學晶體和光學塑料等光介質(zhì)材料及光學薄膜的概念、種類、性能特點及其應用;構成光學系統(tǒng)的機械結構材料如金屬材料、陶瓷、高分子材料、復合材料等四大類機械結構材料的種類、性能特點及其應用;機械結構零件常用的和最新的加工工藝方法、工藝特點、可以達到的精度及應用，包括傳統(tǒng)加工方法、特種加工方法及最新精密和超精密加工方法等，并為介紹光學零件的加工工藝打下基礎;適用于光學零件加工的傳統(tǒng)和最新加工工藝方法、工藝特點及應用，包括光學玻璃零件的熱成型和冷加工、光學晶體零件的定向和冷加工、光學塑料零件的熱成型、非球面光學霉件的加工工藝、光學薄膜的鍍膜工藝、光學零件的數(shù)控精密加工工藝及光學零件表面的超精密研磨拋光新方法等。

本書可作為高等學校光信息科學與技術、光學、光學工程、光通信、光電檢測技術、精密計量及檢測技術、儀器儀表類、測控技術與儀表及其他相近專業(yè)的教材，也可作為從事光學、光電檢測、儀器儀表及精密計量等領域工程技術人員的參考書。