CN1986469B

CN1986469B - 自聚焦透镜玻璃及其生产方法和使用的离子交换炉

Info

Publication number: CN1986469B
Application number: CN200610167405A
Authority: CN
Inventors: 蔡春平; 高秀敏; 徐秋霜; 强西林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: CN1986469A

Abstract

本发明公开了一种自聚焦透镜玻璃及其生产方法和使用的离子交换炉，该玻璃按重量配比，包括：30-45％的SiO₂，0-6％的K₂O，5-12％的Na₂O，6-12％的ZnO，32-46％的Tl₂O，2-10％的B₂O₃，0-5％的Nb₂O₅。氧多面体平均桥氧数Y为3。SiO₂与B₂O₃的含量之和按照摩尔百分比为50-59％。B₂O₃的含量或者SiO₂与B₂O₃含量之和按照摩尔百分比为5-8％。上述自聚焦透镜玻璃生产的方法，该方法顺序包括下述步骤：①玻璃配料，②熔炼，③浇注，④退火，⑤光学冷加工，⑥磨抛成圆柱棒，⑦拉丝，⑧离子交换，⑨光学冷加工，⑩镀膜。在交换炉内设置三根“K”分度热电偶，炉内装有耐酸不锈钢内胆，炉壁上装有三只热电偶，以及铠装热电偶。

Description

自聚焦透镜玻璃及其生产方法和使用的离子交换炉

技术领域：

本发明涉及光学玻璃，尤其是涉及一种自聚焦透镜玻璃及其生产方法和使用的离子交换炉。

背景技术：

径向变折射率透镜即自聚焦透镜，之所以受到人们的特别关注，主要是因为它的直径小、焦距短、数值孔径大，而且具有对光束聚焦、对物体成像的能力。因此，它是一种很重要的微小光学基础元件，在光纤通信、光纤传感、光信息处理和其他许多领域中有重要应用。然而，实际光学系统成像与理想光学系统成像之间存在着偏差，这种光学系统成像的偏差，称为系统的像差。用于内窥的自聚焦透镜成像后，导致图像清楚度不均匀，像差主要是畸变和球差。目前改善自聚焦透镜像差的方法主要是二次离子交换法和热处理方法，但这都是在第一次离子交换后再进一步处理，所以增加了程序使工艺复杂化。由于不是从根本上即玻璃配方上进行改进，折射率分布曲线会出现折点，不是平滑连续，尤其是热处理法，虽然它可以对边缘区的较陡峭的折射率变化予以修正，但中心折射率仍会下降，而且对于不同的配方未必都适用。

由于Tl₂O的电极化率大，易于离子交换，通常选用Tl⁺用在自聚焦透镜玻璃中，为了提高玻璃的折射率，以增加自聚焦透镜的数值孔径，需要加入玻璃中Tl⁺的量很大，这样势必带来交换后透镜的色差增大，即像差增大，这就严重影响了透镜的成像质量。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种自聚焦透镜玻璃，提高了玻璃的化学性能和折射率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

提供一种自聚焦透镜玻璃，其特征在于：该玻璃按重量配比，包括：30-45％的SiO₂，0-6％的K₂O，5-12％的Na₂O，6-12％的ZnO，32-46％的Tl₂O，2-10％的B₂O₃，0-5％的Nb₂O₅。

所述的玻璃配方中，氧多面体平均桥氧数Y为3。

所述的玻璃配方中SiO₂与B₂O₃的含量之和按照摩尔百分比为50-59％。

本发明还提供一种自聚焦透镜玻璃生产方法，减少了生产工艺，节约时间，并且生产出的玻璃成像清晰。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

提供一种上述玻璃配方进行自聚焦透镜玻璃生产的方法，该方法顺序包括下述步骤：①玻璃配料，②熔炼，③浇注，④退火，⑤光学冷加工，⑥磨抛成圆柱棒，⑦拉丝，⑧离子交换，⑨光学冷加工，⑩镀膜。

本发明还提供一种自聚焦透镜玻璃生产方法使用的离子交换炉，恒温区长，温差小，保障经交换处理的透镜均匀一致。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

提供一种用于上述自聚焦透镜玻璃生产方法的离子交换炉，在交换炉内设置三根“K”分度热电偶，炉内装有耐酸不锈钢内胆，炉壁上装有三只热电偶，以及铠装热电偶。

本发明的有益效果是：由于本发明在玻璃配方中加入了Nb₂O₅，降低了Tl₂O的含量，增大透明度，这样使像差大大改善。

具有近程有序和远程无序是玻璃态物质结构的特点，无序与有序，连续与不连续，均匀性与不均匀性是玻璃结构矛盾的两个方面，他们同时存在于玻璃这一统一体中，而且在一定条件下，其中一个方面可能起主导作用，而且在外部性质上突出地反映出来。当条件改变时，它可以为另一方面所替代。玻璃的折射率在转变温度以下，与温度成直线关系并受外界影响较小，主要决定于玻璃网络结构和网络外离子的配位状态的统计规则。玻璃网络结构中含有多种氧多面体时，离子极化率比例变化不大，所以网络结构愈复杂，结构不均匀性愈严重，对网络外体迁移的阻力愈大。因此，考虑使网络结构简单，应使氧多面体的平均桥氧数Y要适中，不宜大，因为Y越小，网络连续越疏松，网络空穴越大，网络改变离子在网络空穴中越易移动，也就越容易交换。ZnO引入到玻璃中可提高折射率，降低高温粘度，同时降低了熔化温度，它在硅酸盐中很难形成[ZnO₄]，以替代[SiO₄]进入结构网络，但含B₂O₃的玻璃就可以形成[ZnO₄]进入网络结构，有利于离子交换。

生产方法中采用一次离子交换，节省时间，节省能源，而且一次离子交换生产出来的透镜图像清晰。

离子交换炉采用三根“K”分度热电偶进行三区加热，恒温区长，炉内装有耐酸不锈钢内胆，可进一步保证恒温区温度均匀，并可起到保护炉丝，延长炉子使用寿命。采用两套测温装置，温控在±1度内。

具体实施方式：

实施例一至二十：

按照本发明自聚焦透镜玻璃，其重量配比，包括：30-45％的SiO₂，0-6％的K₂O，5-12％的Na₂O，6-12％的ZnO，32-46％的Tl₂O，2-10％的B₂O₃，0-5％的Nb₂O₅。具体实施例的配比组成见表1。

进一步，氧多面体平均桥氧数Y优选为3。SiO₂与B₂O₃的含量之和按照摩尔百分比优选为为50-59％。

自聚焦透镜玻璃生产的方法，该方法顺序包括下述步骤：①玻璃配料，按照上述配方配料，②熔炼，将配料在石英坩埚中熔化成玻璃块，然后再将玻璃块投到铂坩埚中熔化，③浇注，④退火，⑤光学冷加工，⑥磨抛成圆柱棒，⑦拉丝，⑧离子交换，拉丝后在高于玻璃转变温度接近玻璃软化温度的温度下进行离子交换，⑨光学冷加工，⑩镀膜。最后检验、包装。

本发明是用的离子交换炉，在交换炉内设置三根“K”分度热电偶，进行三区加热，三只数显仪表，可指示温度并调节施加功率。炉内装有耐酸不锈钢内胆，可进一步保证恒温区温度均匀，并可起到保护炉丝，延长炉子使用寿命。采用两套测温装置，一是在炉壁上装有三只热电偶，二是铠装热电偶用来直接测量炉壁三区温控仪控制的熔盐中心的温度。

较佳实施例：玻璃配方中氧多面体平均桥氧数Y为3，SiO₂与B₂O₃的含量之和按照摩尔百分比为59％，在1390度温度下在石英坩埚中化成玻璃块然后再以1400度在铂坩埚中熔化，熔化后滴料成玻璃块，退火后再进行精退火，拉丝后放入KNO₃熔盐中进行离子交换，离子交换温度以玻璃粘度为10^9-10泊时的温度为宜。

附表1：

Claims

1.一种自聚焦透镜玻璃，其特征在于：该玻璃按重量配比，包括：30-45％的SiO₂，1-6％的K₂O，5-12％的Na₂O，6-12％的ZnO，32-46％的Tl₂O，2-10％的B₂O₃，3-5％的Nb₂O₅。

2.如权利要求1所述的自聚焦透镜玻璃，其特征在于：所述的玻璃配方中，氧多面体平均桥氧数为3。

3.如权利要求1所述的自聚焦透镜玻璃，其特征在于：所述的玻璃配方中SiO₂与B₂O₃的含量之和按照摩尔百分比为50-59％。

4.一种利用权利要求1至权利要求3任一权利要求所述的玻璃配方进行自聚焦透镜玻璃生产的方法，其特征在于：该方法顺序包括下述步骤：①以氧多面体平均桥氧数Y为3，SiO₂与B₂O₃的含量之和按照摩尔百分比为59％以进行玻璃配料，②在1390度温度下在石英坩埚中化成玻璃块然后再以1400度在铂坩埚中熔化以进行熔炼，③熔化后滴料成玻璃块以进行浇注，④退火后再进行精退火，⑤光学冷加工，⑥磨抛成圆柱棒，⑦拉丝，⑧拉丝后放入KNO₃熔盐中以进行离子交换，⑨光学冷加工，⑩镀膜。