第二章、 實驗原理與技術介紹
2.2 光學玻璃分類
如圖 2-1[27]所示，以 Schott 公司玻璃材料為例，光學玻璃主要利用 阿貝數(Abbe number, νd)與折射率(Refractive index, nd)來進行分類並函以 編號。主要分為冠冕玻璃(Crown Glass)與火石玻璃（Flint Glass）。冠冕玻 璃(nd<1.60，νd>50)具有較低的折射率與較高的阿貝數，代表色散程度較 小，火石玻璃(nd>1.60，νd<50)具有較高的折射係數但阿貝數較小，代表 色散的程度較大。2007 年 7 月歐盟環保法令開始實施，限制光學玻璃原 料中不能含有鉛(Pb)、鎘(Cd)、砷(As)等重金屬，並於玻璃編號前函一英 文代號表示，譬如 Schott 的未含管制之重金屬 FK5 玻璃編號為 N-FK5。
此外，不管那一種玻璃原料，皆有一國際編碼，其編碼若為 501564.252 則代表 nd =1.501、νd =56.4、玻璃密度為 2.52。
以 光 學 玻 璃 而 言 最 重 要 之 性 質 為 折 射 率 、 阿 貝 數 以 及 穿 透 率 (Transmittance)，通常利用汞(Hg)、氦氖(He-Ne)、氫(H)、鎘(Cd)、氦(He) 雷射光源來量測。利用光學玻璃在不同波長光源會有不同的折射係數、阿 貝數以及穿透率來進行光學玻璃品質的鑑定。
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圖 2-1 Schott 公司玻璃毛胚品種圖[27]
2.2.1 折射率
玻璃的折射率(𝓃)公式定義為光在真空中的速度(c)與在光在玻璃介質 中的速度(v)比，折射率越高的玻璃材料，其曲折光的能力越好。一般光學 玻璃折射率介於 1.5-1.9 之間[1]。其公式如下:
𝓃 =
𝒱𝒸 (2-1)玻璃材料對於不同的入射波長光源會有不同的折射率，以 n 之下標符號 來表示所使用的光源波長，例如 nd是指玻璃材料在波長為 587.56 nm 的折 射率、nF是在波長為 486.1 nm 的折射率、nC是在波長為 656.3 nm 的折射 率。
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2.2.2 阿貝數(色散)
當一白光通過稜鏡時，紅光的速度最快而紫光最慢，因為折射率會隨者 波長變長而變小。造成不同波長的光分散開來，如圖 2-2 所示，此為色散也 稱為阿貝數，阿貝數越小代表光通過玻璃材料色散的程度越大，反之阿貝 數越大代表其色散程度越小。對於光學成像系統而言，色散是必頇避免與 修正的。一般光學玻璃阿貝數介於 20-90 之間。
阿貝數可由折射率計算而出[1]。其公式如下：
𝒱
𝒹=
𝓃𝓃𝒹−1ℱ−𝓃𝒸
(2-2)
圖 2-2 光經過不同介質產生色散
2.2.3 穿透率
穿透率通常使用光譜分析儀與分光光譜儀進行量測。一般未鍍抗反射 膜之玻璃基材，其對可見光譜之穿透率約為 96%。光學系統中，由於每個
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材料對不同波段光譜的穿透率都不相同。光學玻璃製造廠商也會針對材料 標注其穿透率低的波段，例如 Schott 提供的 Color code 33/29，表示厚度為 10 mm 的玻璃基材，在波長 330 nm 光線穿透時，其穿透率剩下 80%，而在 波長為 290 nm 時，穿透率僅剩 0.5% [1]。
2.2.4 機械與物理性質
光學玻璃的機械與物理性質主要分為硬度、可研磨性以及熱膨脹係數等。
玻璃材料的硬度單位為 HK (Knoop hardness)，數值越高表示能承受的應力 越大。可研磨性(Grindability)則是以材料互相的研磨，以能研磨掉的多寡來
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要分為氣候的抵抗性(Climatic resistance)與抗沾黏性(stain risistance)。氣候抵 抗性，對於濕度與溫度較高之環境，玻璃容易產生霧面而無法處理。抗沾 黏性又分成酸性與鹼性的抵抗程度，玻璃材料在標準微酸或微鹼溶液測詴 中，鏡面約會有 1 um 的表層產生色斑或損耗，依其程度再做分類[1]。