光学和着色性能的优化方案

玻璃作为透光和采光材料，其基本光学性质是对光等。其中透光性和折光性是玻璃具有广泛应用价值的重要特征之一。光通过玻璃（或介质）时会发生折射、透过、反射及吸收等现象，见图6-2。

图6-2 光通过玻璃时的现象

1.折射率

光线通过玻璃时，光的行进方向发生变化称为折射。玻璃的折射率（n）为光线从空气到界面的入射角i与出界面后的折射角i′的两个正弦之比，即n＝sini/sini′，其值等于光在空气中的速度与在介质中速度之比值（n＝c₀/c）。由于玻璃密度比空气大（空气密度为1mg/cm³），因此玻璃折射率大于1。玻璃折射率受化学组成、退火程度等影响而变化。折射率必须用指定波长的光线来定义。一般采用钠光谱589.3nm的D线作为标准波长，钠钙玻璃的折射率为1.50～1.52，铅玻璃为2.0。玻璃具有较大的折光性，利用这一性质，可将玻璃制成光彩夺目的艺术品和优质的日用器皿等。

光线通过玻璃时，由于各种组分的折射率不同，产生了漫射（称为色散现象），会使玻璃变暗。这种现象对光学玻璃的质量有严重影响。

2.透光率

透光性是玻璃制品的重要特性。当光线投射到玻璃的界面时，总会有一部分光被反射而折回原介质中，进入内部的那部分，又有一部分被玻璃所吸收，另一部分透过玻璃而射出。玻璃对光的透过能力随化学组分而异，通常增加B₂O₃和SiO₂组分含量，可以提高玻璃的透光性。而氧化铁（Fe₂O₃、FeO）会降低玻璃的透光性。其次玻璃的厚度和外观缺陷也影响其透光性，如玻璃厚度增加，其内部的吸收增加，透光性也就降低。玻璃的透光性可用透光率定量表示，通常用透射出物体后的光通量Φ₂对射到物体上的光通量Φ₁的百分比称为透光率（τ），即τ＝（Φ₂/Φ₁）×100％表示。

无色玻璃可以透过各种波长的光线，可吸收红外线和紫外线。各种有色玻璃能透过同波长的光线而吸收其他波长的光。玻璃对光线的吸收能力随化学组成和颜色而异。无色玻璃可透过各种颜色的光线。各种颜色的玻璃能透过同色光线而吸收其他颜色的光线。石英玻璃和硼、磷玻璃能透过紫外线，锑、钾玻璃能透过红外线，铅、铋等原子序数大的氧化物玻璃能吸收X-射线和_γ-射线。因此玻璃既能透过光线，还有反射光线和吸收光线的能力，所以厚玻璃和重叠多层的玻璃，往往不易透光。

3.玻璃的着色

当透明玻璃作为容器时，消费者对内容物可一目了然，并能少用或不用表面装饰而表现内容物的自然状态，同时，玻璃表现为各向同性、光亮，使玻璃容器具有极好的陈列效果，给人以明亮、清晰、高档的感觉。(www.xing528.com)

然而，玻璃的高透明度对某些内容物包装却是不利的，为了防止有害光线对内容物的损害，玻璃可以通过着不同的颜色来防止。在这方面玻璃具有很大的灵活性，如洗发膏通常用乳白色瓶，而啤酒大多用茶色或绿色瓶包装。

绿色、琥珀色、乳白色称为标准三色，玻璃的颜色可通过加入各种着色剂加以着色，着色剂的加入，除了影响光学性能外，对玻璃的其他性能基本上无影响。根据着色剂在玻璃中所显现的状态不同，可分为离子着色剂、胶体着色剂两大类，见表6-6。

表6-6 各种着色剂的着色情况

玻璃中如含有能够选择性吸收某些波长的着色剂，玻璃就会出现与被吸收波长光的互补颜色，其关系见表6-7。

表6-7 吸收光谱颜色及互补色

由于光线也是一种电磁波，当玻璃中分子振子（包括离子或相当于分子大小的原子团）的本征频率与入射光红外波段的频率相同或相近时，就会因分子共振而产生红外吸收。同理，当玻璃中的价电子或束缚电子的本征频率与紫外波段频率重合时，将产生电子共振而引起紫外吸收。

普通钠-钙-硅玻璃中加入金属氧化物而出现了非桥氧，非桥氧的化学键力弱，激发其上的价电子所需能量较小，一般紫外光足以提供这一能量，故能吸收一定频率范围的紫外光。此外，玻璃中添加不同的着色剂也能吸收紫外光而有效地阻挡紫外光透过。玻璃对紫外光的吸收和阻挡性能对食品包装有重大意义。