紫外透射可见吸收光学玻璃是一类具有特殊光谱选择性的功能型光学材料,其核心特性在于能够在紫外波段(通常为200 nm至380 nm)实现高透过率,同时在可见光区域(400 nm至780 nm)表现出强烈吸收,从而有效滤除可见光干扰,仅允许紫外光通过。这类玻璃广泛应用于紫外成像、荧光检测、光谱分析、环境监测、紫外通信、光刻技术及生物医学仪器等对紫外光纯净度要求较高的领域。
ZWB1是该系列中紫外透过波长较长、截止边相对平缓的一种,其有效透射范围通常从约320 nm开始,在340 nm以上具有较高的透过率,而对400 nm以上的可见光则迅速吸收。由于其对短波紫外(如UVC波段)的透过能力较弱,ZWB1多用于对近紫外(UVA,315–400 nm)有选择性透过需求的场合,例如黑光灯滤光片、紫外线老化试验箱窗口或某些特定波长的荧光激发系统。其优势在于成本较低、加工性能良好,且在可见光区的吸收效率高,适合对紫外截止边要求不极端严苛的应用场景。
ZWB2在性能上介于ZWB1与ZWB3之间,代表了中等紫外透过能力的水平。其紫外起始透射波长可延伸至约290–300 nm,能够覆盖UVB波段(280–315 nm),在320 nm处的透过率显著高于ZWB1,同时仍保持对可见光的高效抑制。ZWB2适用于需要兼顾UVB透过与可见光隔离的应用,如紫外辐射剂量计、皮肤病治疗设备中的滤光组件、大气臭氧层监测仪器以及部分紫外分光光度计的前置滤光片。相较于ZWB1,ZWB2对材料纯度和掺杂工艺的要求更高,以减少铁、钴、镍等杂质离子对短波紫外的吸收,确保更宽的紫外响应范围。
ZWB3则是该系列中紫外透过性能最优的型号,具备最短的截止波长和最陡的光谱截止边。其有效紫外透射可从250 nm甚至更低开始,在280 nm以上即表现出良好的透过特性,能够有效传输UVC(200–280 nm)和UVB波段的紫外线,同时在400 nm以上几乎完全吸收可见光,透过率趋近于零。这一特性使其成为高精度紫外光学系统的关键材料,广泛应用于深紫外探测器窗口、紫外激光系统滤光片、荧光显微镜的激发滤光片组、半导体光刻设备以及环境监测中对太阳紫外辐射的精确测量。ZWB3的制造对原料纯度、熔制气氛(常采用氧化性气氛以稳定Ce⁴⁺)、退火工艺及后续抛光处理要求极为严格,以避免羟基(OH⁻)吸收峰(约2.7 μm,但其倍频可能影响紫外)、过渡金属杂质和内部应力对紫外透过率的负面影响。
从材料组成来看,ZWB系列玻璃通常基于硅酸盐或硼硅酸盐体系,通过掺杂特定的紫外敏感元素来调控光谱特性。其中,四价铈离子(Ce⁴⁺)是实现短波紫外高透的关键掺杂剂,其电荷迁移跃迁允许能量低于一定阈值的紫外光通过,而高于该阈值的可见光则被基质或共掺杂离子(如Mn、Ti、Sb等)吸收。此外,玻璃网络中桥氧与非桥氧的比例、碱金属与碱土金属氧化物的配比,均会影响紫外截止边的位置和陡度。ZWB3由于需要更短的截止波长,对Ce⁴⁺/Ce³⁺比例控制、熔体脱色及脱气工艺的要求远高于ZWB1和ZWB2。
在物理与化学性能方面,ZWB系列玻璃普遍具备良好的热稳定性、化学耐久性和机械强度。其热膨胀系数通常在7.0–8.0×10⁻⁶/K范围内,软化点高于600°C,可在较宽温度范围内稳定工作。它们对水、酸(除氢氟酸外)和弱碱具有较强抵抗力,适合在复杂环境(如户外监测站、工业现场)中长期使用。然而,由于其含有较高比例的重金属氧化物和稀土元素,加工过程中需注意环保与职业健康防护。
