玻璃的折射率是溫度的函數(shù),它們之間的與玻璃組成及結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。
內(nèi)蒙古玻璃發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度上升時(shí),玻璃的折射率將受到作用相反的兩個(gè)因素的影響:一方面由于溫度上升,玻璃受熱膨脹使密度減小,折射率下降;另一方面由于溫度升高,導(dǎo)致陽離子對O2-的作用減小,極化率增加,使折射率變大。且電子振動的本征頻率隨溫度上升而減小,使(因本征頻率重疊而引起的)紫外吸收極限向長波方向移動,折射率上升。因此,玻璃折射率的溫度系數(shù)值有正負(fù)兩種可能。
對固體(包括玻璃)來說,這兩種因素可用下式表示:
從公式可知,玻璃折射率的溫度系數(shù)取決于玻璃折射度隨溫度的變化(?R/?t)和熱膨脹系數(shù)隨溫度的變化(?d/?t),前者主要與玻璃的紫外吸收極限有關(guān)。一般光學(xué)玻璃的熱膨脹系數(shù)變化不大[為(60~80)×10-7℃-1],故其折射率的溫度系數(shù)主要取決于(?R/?t)。隨著溫度的上升,原子外層電子產(chǎn)生躍遷的禁帶寬度下降,紫外吸收極限向長波移動,折射率上升。
若某種情況下玻璃的紫外吸收極限在溫度上升時(shí)變化不大,而玻璃熱膨脹系數(shù)有明顯的差別,則后者(?d/?t)對折射率溫度系數(shù)起主要作用。熱膨脹系數(shù)大的,由于折射率的溫度系數(shù)主要取決于(?d/?t),折射率隨溫度上升而下降。例如硼氧玻璃和磷氧玻璃,其熱膨脹系數(shù)較大[(150~160)×10-7℃-1],折射率溫度系數(shù)為負(fù)值。熱膨脹系數(shù)較小的石英玻璃,折射率主要取決于(?R/?t),故折射率溫度系數(shù)為正值。如下圖所示是幾種氧化物折射率與溫度的關(guān)系。
熱歷史對玻璃折射率的影響表現(xiàn)為以下幾方面:
①如將玻璃在退火區(qū)內(nèi)某一溫度保持足夠長的時(shí)間后達(dá)到平衡結(jié)構(gòu),以后若以無限大的速率冷卻到室溫,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,不同的冷卻速率將得到不同的折射率。冷卻速率快,其折射率低;冷卻速率慢,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)保溫時(shí),分別達(dá)到不同的平衡折射率后,以相同的速率冷卻時(shí),則保溫時(shí)的溫度越高,其折射率越小,保溫時(shí)的溫度越低,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)。因此內(nèi)蒙古玻璃提示大家,可通過控制退火溫度和時(shí)間來修正折射率的微小偏差,以達(dá)到光學(xué)玻璃的使用要求。