同質性及夾雜物及氣泡的散射

同質性

光學基材同質性用於描述 折射指數 變化特性，造成穿透波前變形與極化穿透效應。¹ 其定義為：

$\small{\Delta s}$ 為波前偏離, d 為基材厚度，而 $\small{\Delta n}$ 為折射指數的 P-V 變化。高度同質性或低度變異，對採用高功率雷射的應用相當重要。同質性變異源自於融化材料的製程。不當的混合及熱力學不平衡，會造成密度變化，而冷卻及退火製程可能造成應變曲線。非同質性可能是整體非同質性，也就是整塊玻璃的折射指數變化，或是以條紋的形式出現，也就是玻璃中同質性的短距離空間變化，涵蓋約 0.1mm 至 2mm 的距離。 表 1 顯示常見同質性等級的折射指數變化最大值定義。

表 1: 同質性等級及其折射指數變異值最大值²

斜射率 (GRIN) 透鏡 只是其中一種透鏡，刻意利用非隨機及決定性的折射指數曲線產生非同質性，以透過非線性方式彎曲光線 (圖 1)。

圖 1: Comparison of homogeneous lens and a GRIN lens focusing light to a point

非同質性會造成散射，降低雷射系統效能，並可能因為高功率雷射造成雷射誘發損傷。為了預防損傷並有效利用能量，穿透雷射光學元件務必要具備高度同質性，藉此避免穿透波前變形與極化穿透效應。

夾雜物及氣泡的散射

夾雜物是指光學玻璃中的異物，以多種方式進入其中，包括融化期間遭到污染、基材批次並未完全融化，以及壁材料溶解度低。氣泡也是由玻璃融化的反應形成。玻璃融化期間的精煉步驟，會將氣泡幾乎全部移除，不過仍可能因為精鍊不完美而留下部分殘餘氣泡。精密製程可確保光學玻璃幾乎沒有夾雜物及氣泡，但無法避免少量出現。在雷射光學產品中，夾雜物會降低 雷射誘發損傷閾值 (LIDT)，原因是夾雜物造成光線散射。其效應幅度取決於玻璃中夾雜物的數量、性質及大小。

玻璃夾雜物及氣泡的濃度，是以 100cm³ 體積材料的總截面面積 (mm²)為依據， 計算偵測到的氣泡及夾雜物截面面積總和。其中將針對每個截面定義每 100cm³ 體積允許的氣泡直徑及數量最大值。夾雜物視為同等大小的氣泡處理。三種氣泡等級包括：標準、VB（增加氣泡選擇）及 EVB（額外增加氣泡選擇）。

表 2: 光學介質中的氣泡及夾雜物 SCHOTT 等級³

表 3: 光學介質中的 Corning 夾雜物等級 

參考資料<

1. F. Reitmayer and E. Schuster, "Homogeneity of Optical Glasses," Appl. Opt. 11, 1107-1111 (1972)
2. “TIE-26: Homogeneity of Optical Glass.” Schott, February 2016.
3. “TIE-28: Bubbles and Inclusions in Optical Glass.” Schott, May 2016.

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