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光學性質

1. 屈折率*

折射率是以真空(實際使用的是空氣)中的光的相位速度與媒質中的光的相位速度的比來表示。
光學玻璃的折射率用以下15種光譜線測定表2所示。

表2 屈折率測定光譜線的波長和光源
Wavelength (nm) Spectral Line Element
1,013.98 t線(赤外水銀) Hg
852.11 s線(赤外セシウム) Cs
768.19 A'線(赤色カリウム) K
706.52 r線(赤色ヘリウム) He
656.27 C線(赤色水素) H
643.85 C'線(赤色カドミウム) Cd
632.80 (632.8)(He-Neレ-ザ-) He-Neレ-ザ-
589.29 D線(黄色ナトリウム) Na
587.56 d線(黄色ヘリウム) He
546.07 e線(緑色水銀) Hg
486.13 F線(青色水素) H
479.99 F'線(青色カドミウム) Cd
435.84 g線(青色水銀) Hg
404.66 h線(紫色水銀) Hg
365.01 i線(紫外水銀) Hg

屈折率通常捨棄7位數用小數點以下6位數來表示、少數点以下5位數來表示時將6位數進行四捨五入。

2. 分散式

可使用對任意的波長 λ 之折射率 n 計算分散式。

n2 = A0+A1λ2+A2λ-2+A3λ-4+A4λ-6+A5λ-8

這裡的波長 λ是用μm単位表示。
用A0,A1,A2,A3,A4及A5硝種定為常數、以最小二乗法算出之値記載。
根據利用上式的常數、可計算出波長365~1014nm範圍的任意波長之折射率公差精度±5×10-6

分散常數的表示是用小數點以下的7位(把第8位四捨五入)記載表示。

3. 分散*及以阿貝數*

色散是指折射率依存於光的波長的現象。一般而言長波長光的折射率小於短波長光的折射率。
用阿貝數表示關於色散的性質的值、阿貝數νd 及νe分別用以下公式求得。



以小數點以下6位的數值表示主色散 nF - nCnF'- nC 。計算時根據小數点以下6位數屈折率只計算到以下3位數(4位數去掉)、將以下3位數進行四捨五入用小數点以下2位數來表示。

4.部分分散比

部分色散比Px,y 以及 P'x,y 分別用以下公式求得。

一般、部分色散比用任意光譜線間的計算值來表示。在本產品目錄中、使用頻度高的Pd_c、Pg_F、P'd_c'、P' g_F'值來記載。部分色散比用少數点以下6位數的屈折率來計算、將小數點以下5位數進行四捨五入、用少數点以下4位數來表示。

5. 異常分散性

縱軸表示部分分散比 Px,y 、橫軸用阿貝數νd來表示的話、Px,y 於νd之間的好多硝材呈直線閌係、可以用近似公式來表示。這裡的x以及y表示光譜的種類。

Px,y = ax,y+bx,y・νd

這裡ax,y以及bx,y為定數。這樣的硝種、被稱為正常分散玻璃。另一方面、離開正常分散玻璃的硝材被叫做異常分散玻璃、此種玻璃對縮小2次光譜非常有效。距離正常分散玻璃的程度、也就是異常分散性的大小如果用ΔPx,y來表示的話、以上公式可以用更一般化的形式表示。

Px,y = ax,y+bx,y・νd+ΔPx,y

本手冊中、通過正常分散玻璃基準的C7以及F2的座標直線為標準線時、各個硝種的νd對應的標準線上的点與此硝種的Px,y的偏差用ΔPx,y 來表示。ΔPx,y 方面,各硝種都記載了ΔPC_t、ΔPg_F 、以及ΔPi_g的數據。

表3 C7、F2的屈折率

Glass C7 F2
Code 511-605 620-363
nd 1.51112 1.62004
νd 60.49 36.30
nF-nC 0.008450 0.01708
ne 1.51314 1.62409
νe 60.25 36.05
nF' - nC' 0.008517 0.017314
Refractive Index
nt 1.50154 1.6028
ns 1.50395 1.60669
nA' 1.50558 1.60954
nr 1.50707 1.61225
nC 1.50854 1.61502
nC' 1.50895 1.61581
n632.8 1.50934 1.61655
nD 1.51105 1.61989
nd 1.51112 1.62004
ne 1.51314 1.62409
nF 1.51699 1.63210
nF' 1.51747 1.63312
ng 1.52155 1.64206
nh 1.52532 1.65070
ni 1.53174 1.66631
Coefficients of Dispersion Formula
A0 2.2513560 100 2.5528303 100
A1 -7.9494605 10-3 -7.5325484 10-3
A2 1.1616810 10-2 2.4129973 10-2
A3 1.5150006 10-4 3.9503274 10-4
A4 -3.1524929 10-6 4.1244910 10-5
A5 4.8412686 10-7 1.2463873 10-6
Relative partial dispersion
PA'_t 0.4782 0.3947
Pr_A' 0.1758 0.1586
PC_r 0.1745 0.1623
Pd_C 0.3054 0.2938
Pe_d 0.2387 0.2370
PF_e 0.4559 0.4692
Pg_F 0.5393 0.5829
Ph_g 0.4463 0.5061
Pi_h 0.7597 0.9139
P'A'_t 0.4744 0.3893
P'r_A' 0.1744 0.1564
P'C'_r 0.2214 0.2056
P'd_C' 0.2547 0.2444
P'e_d 0.2368 0.2338
P'F'_e 0.5085 0.5218
P'g_F' 0.4789 0.5161
P'h_g 0.4428 0.4993
P'i_h 0.7537 0.9015

 

6. 屈折率溫度係數* (dn/dT)

光学玻璃的折射率随温度变化而变化。绝对折射率的温度系数(Δn/ΔT)abs.是用干涉膨胀计在真空中测定试料温度变化而产生的光路长变化引发干涉条纹的移动量,和随膨胀而发生厚度变化的干涉条纹的移动量来求得。(基于JOGIS18-1994)

以激光(波长:405、491、632.8、786nm)作为光源,在-40℃到150℃的温度范围内,
空気中(101.325kPa)における相対屈折率の温度係数每隔20℃测定一次数据。空气中(101.325kPa)相对折射率的温度系数(Δn/ΔT)rel.用以下公式可以算出。
注 101.325kPa = 1atm

式

这里,Δnair. / ΔT为空气的折射率温度系数,在本手册中用左表来表示数据。

表4 空気的屈折率的温度係数

温度
(℃)
Δnair./ΔT(10-6/K)
A' r C C' He-Ne d e F F' g h
768.19 706.52 656.27 643.85 632.8 587.56 546.07 486.14 479.99 435.835 404.66
-40/-20 -1.35 -1.35 -1.35 -1.35 -1.35 -1.36 -1.36 -1.37 -1.37 -1.38 -1.38
-20/0 -1.15 -1.15 -1.15 -1.16 -1.16 -1.16 -1.16 -1.17 -1.17 -1.17 -1.18
0/20 -0.99 -1.00 -1.00 -1.00 -1.00 -1.00 -1.00 -1.01 -1.01 -1.01 -1.02
20/40 -0.87 -0.87 -0.87 -0.87 -0.87 -0.87 -0.88 -0.88 -0.88 -0.89 -0.89
40/60 -0.76 -0.76 -0.77 -0.77 -0.77 -0.77 -0.77 -0.77 -0.77 -0.78 -0.78
60/80 -0.68 -0.68 -0.68 -0.68 -0.68 -0.68 -0.68 -0.69 -0.69 -0.69 -0.69
80/100 -0.60 -0.60 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.61 -0.62 -0.62
100/120 -0.54 -0.54 -0.54 -0.54 -0.54 -0.55 -0.55 -0.55 -0.55 -0.55 -0.56
120/140 -0.49 -0.49 -0.49 -0.49 -0.49 -0.49 -0.49 -0.50 -0.50 -0.50 -0.50
140/150 -0.46 -0.46 -0.46 -0.46 -0.46 -0.46 -0.46 -0.46 -0.46 -0.46 -0.47

 

折射率温度系数的波长依存性
绝对折射率的温度系数与光的波长和温度的关系可以通过左边公式得出

  T0:Reference temperature (23℃)
  n(λ,T0):Refractive index of light of wavelength λ at the reference temperature
  dnabs.(λ,T)/dT:Temperature coefficient of absolute refractive index of light of
           wavelength λ at temperature T
  ΔT:Temperature difference(T-T0)

D0, D1, D2, E0, E1TK是硝种的固有恒数,在官网的Excel样册中有揭示。另外,通过该公式计算得出的各波长,各温度的dn/dT也在官网的Excel样册中有揭示。
本样册中也揭示了通过nd的温度系数和nF及nC的温度系数得出的νd温度系数(dνd/dT)。

各温度时的膨胀系数
膨胀系数是表示高温域 300~100℃及低温域 -30~70℃的范围平均值,此次追加揭示了精细温度解析所需要的 -40~-20℃、20~40℃、80~100℃各热膨胀系数。
在官网中的Excel样册中将 -40~150℃的温域以20℃间隔进行揭示。

7. 光路長的温度係數(ds/dT)

當玻璃温度變化時光路長會有所變化。這個變化程度
是以光路長的温度係數(ds/dT)表示。

這裡的n是玻璃折射率、α是玻璃線膨張係數。dn / dT是玻璃折射率的温度係數。

8. 光彈性定數 (B)

光學玻璃通常經過嚴密的回火、在內部不會發生複折射。但是如果機械外力作用於它、或加熱、冷却造成有溫度差時玻璃內部會產生應力、光學性能會發生改變、這樣會造成複屈折性的發生。複屈折的光路差δ(nm)、玻璃內部應力(差)σ(105Pa)、跟玻璃厚度d(cm)的關係為

δ = B・σ・t

上式的比例定數B為玻璃固有的定數、叫做光彈性定數、用10-12/Pa單位來表示。本手冊中使用He-Ne激光、在圓板狀試料的一直線方向施加壓縮荷重時、測定圓板中心產生的光路差、用此數據來計算光彈性定數。

Notes 
10-12 / Pa = 0.9807(nm / cm) / (kgf / cm2)
105Pa = 1.0197kgf / cm2

9. 著色度*

光學玻璃從紫外線到可視區域的吸收端在長波長一側(可視區域)上幾乎找不到吸收、所以可以使用著色度簡便地表示其分光透射特性。使用研磨成10±0.1mm厚度地玻璃、波長區域中的分光透過率(包括表面反射損失)、分別以λ80、λ5 表示透射率為80%和5%的波長、以5nm為單位表示著色度。例如顯示出80%透射率的波長為327nm、5%透射率的波長為285nm的玻璃的著色度表示為λ80=325,λ5=285。

図1 着色度的表示法(例)



關於ne≧1.85的高折射率玻璃、將著色度表示變更為顯示出透射率70%和5%的波長(λ70 / λ5)。例如使用λ70表示時、應表示為(420)。

10. 內部透過率*(τ)

內部透射率(τ)是不包括射入側及射出側的表面反射損失的透射率、使用厚度不同的一對試料的各自表面反射損失在內的透射率的測定值、來計算的。
在本手冊里280~1550nm波長範圍中厚度5mm以及10mm的內部透過率分別用τ5mm以及τ10mm來表示。

這裡
τ: 10mm時的內部透過率
Δd: 試料厚度差 d2 - d1
T1 : 試料厚度d1含表面反射損失的透過率
T2 : 試料厚度d2含表面反射損失的透過
Notes : d1>d2

11. 內部透過率的程度著色度

本手冊中為了簡易顯示著色程度、相當與80%內部透過率的波長用λτ0.8來表示。

12. 色度

色度座標根據JIS Z8701(XYZ表色係以及X10Y10Z10表色系顏色表示方法)以及JIS Z8722(物色的測定方法)來求出。本手冊登載了D65光源的X與Y的值。

13. CCI

CCI (Color Contribution Index) 是使用ISO 6728及JIS B 7097-1986规定方法所表示的每个硝种的光透过特性。
使用10mm厚的内部透过率(波长范围: 360~680 nm,波长间隔10nm)计算得出。
详细请参照JIS 7097-1986.

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