CN107572776A - 一种梯度折射率透镜用基础玻璃及梯度折射率透镜 - Google Patents

一种梯度折射率透镜用基础玻璃及梯度折射率透镜 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种梯度折射率透镜用基础玻璃及梯度折射率透镜，所述梯度折射率透镜用基础玻璃，按物质的量份数计包括以下组分：SiO2 50～64份，B2O3 1～15份，Al2O3 0～6份，MgO 0～5份，ZnO 0～8份，CaO 0～6份，BaO 0～3份，Tl2O 8～13份，Na2O 0～8份，K2O 0～2份，ZrO2 0～1份，In2O3 0.5～1份；其中，前提条件为：SiO2+B2O3 60～65份，Al2O3+MgO+ZnO 10～14份，CaO+BaO+Tl2O+Na2O+K2O+ZrO2+In2O3 21～24份。本发明所述梯度折射率透镜用基础玻璃，易于实现大数值孔径，具有高的透过率、快的离子交换速度以及高的热稳定性和化学稳定性，并且在高温炼制过程中挥发少。

Description

一种梯度折射率透镜用基础玻璃及梯度折射率透镜
技术领域
本发明涉及玻璃技术领域，尤其涉及一种梯度折射率透镜用基础玻璃及梯度折射率透镜。
背景技术
梯度折射率透镜利用梯度折射率材料内部折射率按一定规律变化的特性，根据不同的使用要求进行长度截取和端面打磨，从而实现对目标像从端面到端面的转移和成像，如用于内窥镜、传真机扫描仪用成像自聚焦透镜阵列；以及完成光线的传递和耦合作用，如用于光通信中的准直器、光耦合器、衰减器等。制作梯度折射率透镜常用离子交换法，该方法把基础玻璃材料放置在高温熔盐中进行，使玻璃中的一价阳离子(如Ag+、Li+、 Cs+等)和熔盐中的Na+或K+进行相互扩散置换，形成沿直径或厚度方向从中心到边缘的浓度梯度，相应地形成从中心到边缘的折射率梯度，Tl+和K+的离子扩散置换由于能够形成非常大的折射率梯度广泛应用于光通信梯度折射率透镜，而含铊离子基础玻璃的性能严重影响梯度折射率透镜的制造工艺和产品特性。
梯度折射率透镜对基础玻璃材料除了满足普通光学玻璃的要求之外，还应具有较好的可交换特性，满足产品对数值孔径NA的高要求和良好的化学稳定性和热稳定性。现有技术中选择的含铊离子基础玻璃的系统有 SiO2-PbO-Na2O-TI2O，SiO2-B2O3-Tl2O-Na2O-ZnO-TiO2，SiO2-PbO-Na2O-TI2O 玻璃系统由于短波透过率低、色差大，目前基本不使用。商用梯度折射率透镜基本采用SiO2-B2O3-Tl2O-Na2O-ZnO-TiO2玻璃系统。 SiO2-B2O3-Tl2O-Na2O-ZnO-TiO2玻璃系统为了降低Tl2O的高温挥发，引入了较多的B2O3来降低玻璃的熔制温度，导致玻璃的热稳定性和化学稳定性较差，在大批量生产离子交换工序期间玻璃易发生拉伸变形，导致大批量生产一致性差，玻璃丝交换长度不超过150mm。当降低离子交换温度时，又会引起离子交换时间过长的问题。对于光通信用直径1.8mm自聚焦透镜，离子交换温度控制在520～540℃之间，交换时间达到96～120h。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种梯度折射率透镜用基础玻璃及梯度折射率透镜，旨在解决现有的梯度折射率透镜用基础玻璃透过率低、离子交换时间过长、热稳定性和化学稳定性较差的问题。
本发明的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种梯度折射率透镜用基础玻璃，按物质的量份数计，包括以下组分：SiO2 50～64份，B2O3 1～15份，Al2O3 0～6份，MgO 0～5 份，ZnO 0～8份，CaO 0～6份，BaO 0～3份，Tl2O 8～13份，Na2O 0～8份， K2O 0～2份，ZrO2 0～1份，In2O3 0.5～1份；
其中，前提条件为：SiO2+B2O3 60～65份，Al2O3+MgO+ZnO 10～14 份，CaO+BaO+Tl2O+Na2O+K2O+ZrO2+In2O3 21～24份。
优选的，所述的梯度折射率透镜用基础玻璃，其中，按物质的量份数计，包括以下组分：SiO2 50～62份，B2O3 2～15份，Al2O3 0～4份，MgO 0～2.5 份，ZnO 3～8份，CaO 2～6份，BaO 0～3份，Tl2O 8～13份，Na2O 6～8份， K2O 0～2份，ZrO2 0～1份，In2O3 0.5～1份。
另一方面，本发明还提供一种梯度折射率透镜，采用如以上任一项所述的梯度折射率透镜用基础玻璃制成。
有益效果：本发明提供了一种梯度折射率透镜用基础玻璃及梯度折射率透镜，所述梯度折射率透镜用基础玻璃，易于实现大数值孔径，具有高的透过率、快的离子交换速度以及高的热稳定性和化学稳定性，并且在高温炼制过程中挥发少。
具体实施方式
本发明提供一种梯度折射率透镜用基础玻璃及梯度折射率透镜，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明较佳实施例的梯度折射率透镜用基础玻璃，按物质的量份数 (mol)计，包括以下组分：SiO2 50～64份，B2O3 1～15份，Al2O3 0～6份， MgO 0～5份，ZnO 0～8份，CaO 0～6份，BaO 0～3份，Tl2O 8～13份，Na2O 0～8份，K2O 0～2份，ZrO2 0～1份，In2O3 0.5～1份；其中，前提条件为： SiO2+B2O3 60～65份，Al2O3+MgO+ZnO 10～14份，CaO+BaO+Tl2O+Na2O+K2O+ZrO2+In2O3 21～24份。
进一步的，本发明通过引入Al2O3、MgO和ZnO提高了玻璃的热稳定性和化学稳定性，降低了色散；加入少量Na2O+K2O+In2O3进一步提高了阿贝数和降低了玻璃的熔炼温度，引入ZrO2提高了玻璃离子交换时的抗析晶特性。
本发明梯度折射率透镜用基础玻璃(含铊基础玻璃)易于实现梯度折射率透镜的制作，其易于实现0.46～0.6的大数值孔径，同时具有高的透过率、快的离子交换速度以及高的热稳定性和化学稳定性，并且在高温炼制过程中挥发少。
优选的，所述的梯度折射率透镜用基础玻璃，其中，按物质的量份数计，包括以下组分：SiO2 50～62份，B2O3 2～15份，Al2O3 0～4份，MgO 0～2.5 份，ZnO 3～8份，CaO 2～6份，BaO 0～3份，Tl2O 8～13份，Na2O 6～8份， K2O 0～2份，ZrO2 0～1份，In2O3 0.5～1份。采用此优选配方的梯度折射率透镜用基础玻璃的性能更佳。
进一步的，本发明实施例还提供了一种梯度折射率透镜，采用如以上所述的梯度折射率透镜用基础玻璃制成。其中，所述梯度折射率透镜为大数值孔径梯度折射率透镜。
下面以具体实施例对本发明做详细说明：
实施例1～6如下表所示，其中，表中各组分以及总计均以物质的量份数(mol)计。
从表中可以看出，本发明梯度折射率透镜用基础玻璃易于实现0.46～0.6 的大数值孔径，同时经过测试发现还具有以下优点：(1)高的透过率，宽透过谱，透过波段覆盖400～2600nm；(2)玻璃高温炼制过程中挥发少；(3) 快的离子交换速度，直径1.8mm的玻璃丝离子交换时间小于90h；(4)高的热稳定性，长时间离子交换时不发生拉伸变形，易于实现大于400mm长丝的交换，大幅提高生产效率；(5)高的化学稳定性，能够满足温度和湿度都是85度的条件下的双85环境试验测试要求合格。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种梯度折射率透镜用基础玻璃，其特征在于，按物质的量份数计，包括以下组分：
其中，前提条件为：
SiO2+B2O3 60～65份
Al2O3+MgO+ZnO 10～14份
CaO+BaO+Tl2O+Na2O+K2O+ZrO2+In2O3 21～24份。
2.根据权利要求1所述的梯度折射率透镜用基础玻璃，其特征在于，按物质的量份数计，包括以下组分：
3.一种梯度折射率透镜，其特征在于，采用如权利要求1～2任一项所述的梯度折射率透镜用基础玻璃制成。
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