玻璃折射率随温度而发生改变,即玻璃折射率是温度的函数,它们之间的关系与玻璃成分及结构有密切的关系。
但温度上升时,玻璃折射率将受到作用相反的两个因素的影响:①由于温度上升,玻璃受热膨胀使密度减小,折射率下降;②电子振动的本征频率(或产生跃迁的禁带宽度),随温度上升而减小,致(因本征频率重叠而引起的)紫外吸收极限向长波方向移动,折射率上升。
对固体(包括玻璃)来说,这两个因素可用式(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——玻璃膨胀系数;t——温度。
可见玻璃折射率的温度系数取决于玻璃分子折射度随温度的变化(δR/δt)和热膨胀系数随温度的边(δa/δt)两个方面,前者使折射率上升,后者使折射率下降,故玻璃折射率的温度系数有正负两种可能。
在Tg温蒂下。由于玻璃热膨胀系数变化不大,故在室温以上大多数光学玻璃折射率温度系数主要决定于(δR/δt),折射率温度系数为正值。但在较低温度时,(δa/δt)起主导作用,其折射率随温度升高而减小,折射率温度系数为负值。对热膨胀系数较大的硼氧玻璃和磷氧玻璃,其折射率主要决定于(δa/δt),折射率温度系数为负值,随着温度的升高,真维斯楼表现为连续地下街,见图4-52.
当温度升高至Tg~Td范围内,玻璃的结构会迅速达地调整到该温度的平衡状态,此时,玻璃的折射率与该温度下结构的平衡状态相当,即达到该温度下的平衡折射率。玻璃的平衡折射率随着温度的升高而成直线地减小。若将玻璃试样很快地加热到接近于软化温度,并在此温度下保温,则根据这一温度的不同,玻璃试样的折射率或者增加或者减小。如果该温度下,玻璃原来的折射率高于该温度时的平衡折射率,则试样在此温度下保温时,玻璃的折射率将减小,直至达到平衡折射率;反之,当玻璃原来的折射率低于平衡折射率时,则在保温时玻璃的折射率将升高,直至达到平衡折射率。这一性质在光学玻璃的制造工艺中有重要的意义。
热历史对玻璃折射率的影响表现为以下几个方面:
① 如将玻璃在退火去内某一温度保持足够长的时间后达到平衡结构,以后若以无限大速率冷却到室温,则玻璃仍保持此温度下的平衡结构及相应的平衡折射率。
② 把玻璃保持于退火温度范围内的某一温度,其趋向平衡折射率的速率与所保持的温度有关,温度越高趋向该温度下的平衡折射率速率越快。
③ 当玻璃在退火温度范围内达到平衡折射率后,不同的冷却速度将得到不同的折射率。冷却速度快,其折射率低;冷却速度慢,其折射率高。
④ 当成分相同的两块玻璃处于不同退火温度范围内保温,分别达到不同的平衡折射率后,以相同的速度冷却时,则保温时的温度越高,其折射率越小,保温时的温度越高,其折射率越小,保温时的温度越低,则其折射率越高 。
由于热历史不同而引起的折射率变化,最高可达几十个单位(每个折射率单位为0.0001)。因此,人民可通过控制退火温度和时间来修正折射率的微笑偏差,以达到光学玻璃的使用要求。
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