2.1.2 光学特性
玻璃是一种高透明的物质，可以通过调整成分、着色、光照、热处理、光化学反应及涂膜等物理和化学方法，使之具有一系列重要的光学性能。
1.玻璃的折射率
玻璃的折射率 n 可以理解为电磁波在玻璃中传播速度 v 的降低（以真空中的光速c为基准）。光在通过玻璃的过程中，输出了一部分能量，于是引起光速降低，即低于它在空气或真空中的速度。如图2-1所示，用光的入射角∠AOB的正弦与折射角∠COD的正弦之比表示玻璃的折射率n，如式（2-7）所示。
图2-1 光在玻璃中的折射示意图
玻璃的折射率与入射光的波长、玻璃的成分密度及热历史有密切的关系。
玻璃的化学组成变化会引起玻璃光学常数的变化。玻璃的折射率与密度ρ存在如式（2-8）所示的关系。
式中，n为折射率；Mr为相对分子质量；ρ为密度；R为分子折射度；V为分子体积。玻璃的折射率取决于分子体积V和分子折射度R，可以将玻璃成分对折射率的影响看作分子体积和分子折射度两个方面影响的总和。
玻璃的分子体积与玻璃结构的紧密程度相关，即与组成玻璃的各种阳离子的半径的大小有关。对原子价相同的氧化物来说，其阳离子半径越大，玻璃分子体积越大，玻璃的折射率越低；相反，阳离子半径小，玻璃的折射率高。
玻璃的分子折射度是玻璃组成中各种离子极化度的总和。玻璃中阳离子的极化率取决于阳离子半径及其外电子层的结构，原子价相同的阳离子的半径越大，阳离子极化率越高，分子折射度越大，玻璃折射率越高。当等价阳离子的半径增加时，分子体积和分子折射度同时增加。前者降低玻璃折射率，后者提高玻璃折射率，所以玻璃的折射率与离子半径之间不存在线性关系。当原子价相同时，阳离子半径小的氧化物和阳离子半径大的氧化物都具有较大的折射率，而离子半径居中的氧化物在同族氧化物中具有较小的折射率。这是因为离子半径小的氧化物对减小分子体积起主要作用，而离子半径大的氧化物对提高极化率起主要作用。因此，玻璃折射率与离子半径之间的关系曲线呈马鞍形，如图2-2所示。
图2-2 玻璃折射率与离子半径的关系曲线图
玻璃的折射率随入射光波长改变而改变的现象，称为色散。在测量玻璃的折射率和色散值时，是针对一定的波长而言的。绝大多数玻璃的折射率随波长减小而增大，当波长变短时变化更迅速，因此玻璃在近紫外区折射率最大，在红外区较小。大部分透明物质都具有这种正常色散现象。反常色散是指当光波靠近材料的吸收带时所发生的折射率急剧变化，在吸收带的长波侧折射率大，在吸收带的短波侧折射率小的现象。
玻璃折射率是温度的函数，与玻璃的组成和结构有密切的关系。当温度升高时，玻璃受热膨胀密度减小、折射率减小。但温度升高会导致阳离子对O2-的作用减小，极化率增大，折射率增大；而且电子振动的本征频率随温度升高而减小，导致折射率增大。对于玻璃等固体来说，这两种因素的影响可用式（2-9）表示。
式中，n 为折射率；R 为玻璃分子折射度；α为玻璃热膨胀系数；t 为温度。
表示玻璃分子折射度随温度的变化；
表示玻璃热膨胀系数随温度的变化。
当温度升高至Tg～Td（玻璃化转变温度～玻璃膨胀软化温度）范围内，玻璃的结构会迅速调整到该温度的平衡状态，此时，玻璃的折射率与该温度下结构的平衡状态相关，即达到该温度下的平衡折射率。玻璃的平衡折射率随温度的升高而减小。
热历史对玻璃折射率的影响表现为以下几方面：①如果让玻璃在退火区内某一温度下达到平衡结构，然后以无限大速度冷却至室温，则玻璃仍保持此温度下的平衡结构及相应的平衡折射率。②把玻璃温度保持于退火温度范围内的某一温度，其趋向平衡折射率的速度与所保持的温度有关，温度越高，趋向该温度下的平衡折射率的速度越快。③当玻璃在退火温度范围内达到平衡折射率后，不同的冷却速度将得到不同的折射率。冷却速度快，其折射率小，冷却速度慢，其折射率大。④当组成相同的两块玻璃处于不同退火温度范围内保温，分别达到不同的平衡折射率后，以相同的速度冷却，则保温时的温度越高，其折射率越小，保温时的温度越低，其折射率越高。由于热历史不同而引起的折射率变化，最高可达几十个单位（每个折射率单位为0.0001），因此可通过控制退火温度和时间来修正折射率的微小偏差，以达到玻璃使用要求。
2.玻璃的光学常数
玻璃的折射率及与此有关的各种性质都与入射光的波长有关。为了定量地表示玻璃的光学性质，必须首先确立某些特殊谱线的波长作为标准波长，如表2-1所示。
表2-1 特征谱线参数表
在比较不同玻璃的折射率时，一律以nD为准。
玻璃的色散，有下列几种表示法：①平均色散，即nF与nC之差（nF-nC）；②部分色散，常用的是 nd-nF、nD-nC、ng-nG和 nF-nC等；③相对部分色散，
；④阿贝数，也称色散倒数v，v=
。光学常数中基本的是nD和nF-nC，由此可以算出阿贝数。阿贝数是光学系统设计中常用的参数。
3.玻璃的反射、吸收和透过
除折射和色散外，玻璃对光的反射率、吸收率和透过率也是重要的参数。当光线通过玻璃时，光能减少。减少的光能，部分被玻璃表面反射，部分被玻璃本身吸收。玻璃对光的反射、吸收和透过可用反射率R、吸收率A和透过率T来衡量，这三个性质可用百分数表示，若规定入射光的光强为100%，则
从玻璃表面反射出去的光强与入射光强之比称为反射率，它取决于玻璃表面的光滑程度、光的入射角、玻璃的折射率n和入射光的频率等。当入射角为90°时，反射率R可用式（2-11）表示：
由式（2-11）可知，玻璃的反射率随玻璃折射率n的增大而增大。为了减少反射，可采用表面化学处理或涂膜等方法。
光照射玻璃后，玻璃将吸收一部分光，这是由于原子中电子受光而激发，在电子壳层能态间产生跃迁，此时电子的振动能转变为分子运动的能量，即玻璃将吸收的光能转变为热能。当光线透过玻璃时，其光强I随着玻璃的厚度L的增加而减小，并有如下关系：
式中，I0为开始进入玻璃时的光强（已除去反射损失），即I0=1-R；L为光深入玻璃的深度，又称为“光程长度”；I 为光程长度为L处的光强；α为玻璃的吸收系数。
玻璃的吸收系数可由质量吸收系数ω（cm2/g）和玻璃密度ρ表示，即ω=
。玻璃的质量吸收系数ωG可用氧化物质量分数mi与氧化物质量吸收系数iω乘积的加和公式计算，即ωG=∑（miωi）。氧化物RnOm的质量吸收系数ωRnOm可用元素R的质量吸收系数ωR与氧的质量吸收系数ωO乘积的加和公式求出，即ωRnOm=mωR+nωO。
根据式（2-12）可得
令
=T （透光率），则
对于柔性显示用玻璃，由于它有两个表面，光将在两个表面反复来回反射，因此有反复的吸收和透过。在这种情况下，总透光率T为
