2.1 光學玻璃的成分與種類 2.1.1 光學玻璃的成分
光學玻璃即為陶瓷材料(Ceramic Materials)中的非結晶陶瓷(Amorphous Ceramic)，係以離子鍵結(Ionic Bonding)或共價鍵結(Covalent Bonding)所組 成的複雜化合物或固溶體，其主要成分為二氧化矽(SiO2)及其他少量有機物 本保谷光學（HOYA）、日本住田光學（SUMITA）、美國康寧（CORNING）、
中國北方工業（NORINCO）、德國首德（SCHOTT）等公司，其中歷史最
石玻璃（Flint Glass）兩大類；冠冕玻璃的折射率與色散率定義為 nd<1.60，
νd>50，其成分中含有氧化鋇（BaO），為折射率較低，色散率較高的光學玻 璃；火石玻璃的折射率與色散率定義為nd>1.60，νd<50，其成分中含有氧化 鉛（PbO），屬於折射率較高，色散率較低之光學玻璃。
光學玻璃的命名會因不同光學廠的規則而有所不同，因此光學廠會依 據玻璃本身的光學特性進行編號，目的在於能與他廠之光學玻璃相互對應。
以OHARA 公司之 L-BAL42 光學玻璃為例，其編號為 583594，其編號前三 碼所代表的意義為折射率 nd=1.583，後三碼則為色散率 νd=59.4。圖 2.1 為 OHARA 公司模造玻璃用的光學玻璃品種，圖中縱座標為折射率 nd，橫座標 為色散率νd。
圖 2.1 OHARA 公司模造玻璃用光學玻璃[23]
2.2 光學玻璃之光學性質 2.2.1 折射率(Refractive Index)
光在不同介質(Medium)中有不同的傳播速度；所以當光在進入不同介質 時，其行進方向會有所改變，即為光的折射。折射率一般分成絕對折射率 (Absolute Index of Refraction)與相對折射率(Relative Index of Refraction)；絕 對折射率 n 之定義為:光在真空中的速度 c（2.99×108m/sec）與光在介質中 的速度 v 之比值。然而在工程上習慣以相對折射率來表示，如 2.1 式所示。
[24]
2.2.2 色散(Dispersion)
真空中各波長的光其速度均相等，但在進入較密介質中後，不同頻率
2.2.3 透明度(Transmittance)
光進入物質後之行為與物質之性質有關；一般的情況下，光進入物質一 小段距離後，光被物質所吸收會變為其他形式的能，如熱能或化學能等。
凡是光線所不能通過之物質，稱之為不透明(Opaque)；而某些物質當光線通
過時吸收極少光或幾乎不吸收光，則該物質稱為透明物(Transparent)，而透
會逐漸增加其黏性，最後不進行結晶而成為硬的固形物；在加熱方面，玻 璃由常溫加熱時就隨即軟化然後才變為凝體(Condensation)，不像一般結晶 物質具有一定的熔點。
玻璃的體積會隨著溫度變化而改變，在升溫過程中，溫度與體積大致 上是呈線性變化，當加熱至某一溫度時，體積變化率會稍加增大，該溫度 則稱為玻璃轉移溫度(Glass Transition Temperature ;Tg)，如圖 2.2 所示。
圖 2.2 玻璃狀態固-液體關係圖[24]
當玻璃溫度處於Tg 點上方時，溫度下降，體積會因為原子振動減少和 重新排列的情況，造成玻璃體積的收縮。當玻璃溫度處於Tg 點下方時，則 因為原子無法移動重新排列，然後溫度逐漸降低時，僅剩下因熱振動減少 而使體積減少的因素，因此形成 Tg 點以上的熱膨脹係數要比 Tg 點以下還 大，而且玻璃亦屬無定型(Amorphous)，使得玻璃固定未能形成最有效的結 晶堆積，所以其體積仍比結晶性固體大。
若將溫度再持續升高，超過玻璃轉移溫度後，玻璃會逐漸失去其剛性，
成為黏彈性的性質，若再持續升溫則玻璃隨即軟化，玻璃軟化點(Softening Point)的定義為以直徑 0.55~0.75mm，長度 23.5 mm 的玻璃纖維(Glass Fiber)，
在玻璃纖維上部10mm 處，以 5℃/sec 的速率升溫，玻璃由於自重產生的伸 長速率達1mm/min 時的溫度。
若將玻璃保持在Tg 點上某一溫度時，其物理性質會隨著時間而變化，
在該溫度下維持長時間後，玻璃的物理性質將不再變化，逐漸趨近於穩態 (Steady State)，並可達到其溫度所對應之平衡值，在此一溫度下與時間一起 變化且其性質達到穩定之現象稱為轉移現象(Transformation Phenomenon)，
用來表示該轉移溫度的範圍稱為轉移域(Transformation Range)，通常轉移域 係指由轉移溫度到軟化溫度之間的溫度範圍。
2.4 本研究採用的光學玻璃
本研究初步模仁材料實驗所選用之光學玻璃胚料為 Ohara 公司所生產 之編號 L-BAL42(Tg=506℃)玻璃材料，微結構實驗則選用 Tg 點較低的 Sumita 公司生產之編號 K-PSK100(Tg=390℃)玻璃材料，考量因素有玻璃材 料之光學性質與適合模造之成形溫度及玻璃毛胚取得之難易等。表 2.1 為 L-BAL42 與 K-PSK100 光學玻璃的材料性質表。
表 2.1 L-BAL42 與 K-PSK100 光學玻璃材料性質表
玻璃編號
材料性質
L-BAL42 K-PSK100
折射率 nd 1.583 1.591
色散率 νd 59.4 60.7
玻璃轉移點Tg（℃） 506 390
線膨脹係數 α(10-7/℃)
-30~+70℃ 72
+100~+300℃ 88 114
熱傳導率k（W/m‧K） 1.028
Knoop 硬度（Hk） 590 384