Unter optischem Glas versteht man Glas zur Fertigung von optischen Bauteilen (wie Linsen, Prismen und Spiegel) für optische Systeme wie zum Beispiel Objektive, Mikroskope oder Fernrohre. Optisches Glas unterscheidet sich chemisch nicht notwendig von normalem Glas, aus dem etwa Fensterscheiben herstellt werden, jedoch werden durch gezielt eingebrachte chemische Zusätze seine optischen Eigenschaften genau eingestellt. Die optischen und mechanischen Eigenschaften werden zusätzlich von den Herstellern genau kontrolliert und dokumentiert.
Die optischen Eigenschaften, die von entscheidender Bedeutung für die Verwendung des Glases für optische Bauteile sind, werden bei der Herstellung des Glases innerhalb enger Toleranzen eingehalten und wesentlich genauer kontrolliert als z. B. bei Fensterglas. Weiterhin werden sie vom Hersteller für jede Glassorte genau dokumentiert. Dazu zählen:
und dessen Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichts (Dispersion). Letztere wird vor allem durch die Abbesche Zahl charakterisiert. Zur genaueren Beschreibung der Dispersion werden Teildispersionen und oft auch die Koeffizienten einer Dispersionsformel wie der Sellmeier- oder der Cauchy-Gleichung angegeben.
Es gibt heute über 250 optische Gläser[2]. Sie basieren hauptsächlich auf den zwei wichtigsten Glasfamilien Kronglas K (engl. crown) und Flintglas F (engl. flint). Zusätzlich wird bei der Bezeichnung der Schott-Gläser mit dem Zusatz S für „Schwer“ (engl. dense) ein hoher Brechungsindex und mit L für „Leicht“ (engl. light) ein niedriger Brechungsindex angezeigt (z. B. Schwerflintglas SF6, oder Leichtflintglas LF5). Zusätzliche chemische Komponenten, die entscheidend für die optischen Eigenschaften sind, werden bei der Bezeichnung den Hauptglassorten vorangestellt (z. B. Barium-Kronglas N-BaK4 bzw. S-BAL14 oder Fluor-Kronglas FK). Umweltverträgliche arsen- und bleifreie Gläser werden zusätzlich bei Schott mit N- (z. B. N-BK7) bzw. S- bei Ohara (z. B. S-BSL7) gekennzeichnet. Ausnahmen bilden Gläser, die unter ihrem Markennamen geführt werden, wie zum Beispiel der glaskeramische Werkstoff Zerodur.
| Glasart | Schott AG | Hoya K.K. | Corning Inc. | Ohara Inc. | Dichte in g/cm3 | nd |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Quarzglas | 2,20 | 1,46 | ||||
| Fluor-Kronglas | N-FK51A | 3,68 | 1,49 | |||
| Kronglas | N-K5 | C5 | S-NSL5 | 2,59 | 1,52 | |
| Borosilikat-Kronglas | N-BK7 | BSC7 | BSC B16-64 | S-BSL7 | 2,51 | 1,52 |
| ZERODUR® | 2,53 | 1,54 | ||||
| Barium-Kronglas | N-BaK4 | BaC4 | S-BAL14 | 3,05 | 1,57 | |
| Leichtflintglas | LF5 | FL5 | 3,22 | 1,58 | ||
| Schwerkronglas | N-SK4 | BaCD4 | S-BSM4 | 3,54 | 1,61 | |
| Flintglas | F2 | F2 | 3,60 | 1,62 | ||
| Schwerflintglas | N-SF10 | E-FD10 | FeD D28-28 | S-TIH10 | 3,05 | 1,73 |
| Schwerflintglas | SF6 | FD6 | FeD E05-25 | 5,18 | 1,81 | |
| Schwerflintglas | N-SF6 | FD60 | S-TIH6 | 3,37 | 1,81 | |
| Lanthan-Schwerflintglas | N-LaSF9 | TaFD9 | S-LAH71 | 4,41 | 1,85 |
Die folgende Tabelle gibt die chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent, sowie den Transmissionsbereich der wichtigsten optischen Glassorten wieder. Die Transmissionsbereiche sind ungefähre Angaben und variieren leicht in den Unterglassorten. Weiterhin ist die Transmission von der Glasdicke abhängig.
| Glasart | SiO2 | Al2O3 | Na2O | K2O | CaO | P2O5 | B2O3 | PbO | BaO | Li2O | TiO2 | ZrO2 | ZnO | MgO | Nb2O5 | Transmissionsbereich |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Quarzglas | 100 | 200…3000 nm | ||||||||||||||
| Borosilikatglas | 80 | 3 | 4 | 0,5 | 12,5 | 350…2000 nm | ||||||||||
| Kronglas (K) | 73 | 2 | 5 | 17 | 3 | 350…2000 nm | ||||||||||
| Borosilikat-Kronglas (BK7)[5] | 70 | 8,4 | 8,4 | 10 | 2,5 | 350…2300 nm | ||||||||||
| Flintglas (F) | 62 | 6 | 8 | 24 | 400…2500 nm | |||||||||||
| ZERODUR®[6] | 55,4 | 25,4 | 0,2 | 0,6 | 7,2 | 3,7 | 2,3 | 1,8 | 1,6 | 1 | 400…2700 nm | |||||
| Schwerflintglas (SF6)[5] | 27,3 | 1,5 | 71 | 380…2500 nm | ||||||||||||
| Schwerflintglas (N-SF6 / S-TIH6)[7] | 25 | 10 | 10 | 10 | 10 | 25 | 1 | 5 | 400…2000 nm |
Die Glashersteller bieten ein breites Sortiment von Glassorten mit verschiedenen Brechungs- und Dispersionseigenschaften an. Je mehr Gläser ein Konstrukteur zur Auswahl hat, welche er in einem optischen System (z. B. einem Objektiv) kombinieren kann, umso besser lassen sich die Abbildungsfehler korrigieren. Beispielsweise lässt sich durch die Verwendung von zwei (Achromate), drei (Apochromate) oder mehr Glassorten mit unterschiedlicher Dispersion, in Linsensystemen die chromatische Aberration im sichtbaren Spektrum minimieren bzw. nahezu ganz unterdrucken. Die Maßzahl für den verbleibenden Farbfehler ist das sekundäre Spektrum, welches die Schnittweite bei drei Wellenlängen in Beziehung setzt. Mit Glassorten die gezielt auf ein ungewöhnliches Dispersionsverhalten entwickelt worden sind, lässt sich das sekundäre Spektrum ganz beseitigen. Dazu zählen vor allem Gläser mit hohem Brechungsindex bei gleichzeitig hoher Abbe-Zahl, sowie Gläser mit hoher Teildispersion im blauen Spektralbereich.
Auswirkung des unterschiedlichen Dispersionsverhaltens von Kronglas und Flintglas am Beispiel von Sammellinsen.
Kombination von Kronglas und Flintglas in einem Achromaten zur Korrektur der chromatischen Aberration.
Beseitigung des sekundären Spektrums in einem Apochromaten durch Verwendung von mehreren optischen Glasorten.
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