玻璃与光纤

有人说，没有玻璃，西方也许不会发生科技革命。这句话虽有些夸张，但也在一定程度上说明了玻璃在人类历史上的重要地位。从玻璃器皿、显微镜、望远镜到电子电路、平板显示器，如今，我们生活处处离不开玻璃的身影。             

人造玻璃于公元前20世纪到公元前15世纪出现在中东地区，主要由于该地区有适合熔制玻璃的原料。公元前1世纪，中东人发明了玻璃吹制技术，这与当时冶金技术的发展密切相关，因为吹制玻璃需要用一根长的金属管。采用吹制方法可以制备薄的透明玻璃，并将玻璃制成不同形状的餐具、容器等。公元1世纪到8世纪，在吹制技术基础上，发展出了各类玻璃成型技术，由此可以制备窗玻璃、长方形玻璃。中东和北非地区的主要玻璃制作工艺为吹制，并一直保留到19世纪。

高温浇筑下的液态激光钕玻璃，激光钕玻璃是一种含有钕离子的特殊玻璃。

玻璃制备技术最早通过意大利人传入欧洲，并在当地规模生产。彩色玻璃的生产始于1000年，10-11世纪欧洲皇室准许贵族经营玻璃生产和交易，并进行玻璃制备技艺的家族传承。中世纪欧洲大兴教堂建设，促进了彩色玻璃技术的发展和成熟。13-16世纪欧洲文艺复兴时期，威尼斯由于其特殊的地理位置和与中东地区的密切贸易往来，以及丰富的石英原料（来自海岸）、独特的原料提纯技术、丰富的柏树资源（作为燃料），成为欧洲玻璃生产和贸易中心。             

17世纪到19世纪，现代玻璃制造技术在欧洲大陆兴起。这主要得益于欧洲科学技术的发展，原料更加精细、成分更加可控、燃料从木材转变为煤，这也标志着玻璃生产进入了工业化时代。由于英国富有铅矿，遂开始生产水晶玻璃，英国、法国于17世纪开始取代威尼斯成为欧洲玻璃生产中心。18世纪末的科技革命带来了19世纪玻璃制造业的创新和大规模工业化生产，相继产生了圣戈班、皮尔金顿、肖特等代表性的玻璃公司，可规模化生产平板玻璃、容器玻璃，用于建筑物、日常生活等。德国肖特公司于1884年开始光学玻璃的生产，并应用于显微镜和望远镜等科学仪器。             

第一次世界大战期间，欧洲的玻璃工业受到很大影响，一战结束后开始逐步恢复。此时，美国的玻璃工业兴起，形成了欧洲和美国两大玻璃生产和研制中心，并于1920年开展了汽车玻璃和安全玻璃（复合玻璃）的工业生产。1913年派莱克斯玻璃诞生，主要用作青霉素、疫苗等药物和生物医学实验的器皿，在二次世界大战和生物医药研究中发挥了重要作用。             

1910年后，光学玻璃品种得到扩展，为精密光学仪器开发提供了重要基础。1934年，美国康宁公司研发了高纯石英玻璃，从此开启了石英玻璃在太空探索和天文学研究（哈勃太空望远镜和国际空间站及太空飞船的窗户）、军事（潜水艇的窗户）、激光器（透镜）、光刻机（镜头）等领域的应用。1970年，康宁公司成功研发了低损耗光导纤维（光纤），为现代光通信和网络社会的构建提供了重要的材料基础。1939年，康宁公司开始研制电视机的环形阳极射线管，1950年研制黑白电视屏幕，1980年研制液晶显示玻璃。             

中国的光学玻璃研发起步于20世纪50年代，在王大珩先生的倡导下，开始研发和建立国内的光学玻璃研发体系，这为中国的光学和激光事业发展奠定了重要基础。

高功率激光器的心脏——钕玻璃

我国于20世纪开启了玻璃的机械化生产和多品种玻璃的研发生产，玻璃制备技术也不断创新，玻璃应用从日用品、建造物，发展到生物医药、半导体制造用光刻机镜头、激光器、热成像、测温、光谱仪、通信、X射线成像、辐射防护等领域，极大促进了科技进步和发展。与此同时，国内的玻璃体系也从单一硅酸盐玻璃拓展到硼硅酸盐玻璃、镧系玻璃、磷酸盐玻璃、氟化物玻璃、硫系玻璃等。

作者：胡丽丽 （中国科学院上海光学精密机械研究所研究员、中国硅酸盐学会特种玻璃分会理事长）

图片：中科院上海光学精密机械研究所提供

编辑：沈湫莎

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