稀土越千年，奏“璃”歌奇韻

霍知節(jié)

玻璃通常是以石英砂、硼砂等為主料，自然純堿、草木灰或鉛丹為助熔劑，石灰石為穩(wěn)定劑加工而成非晶態(tài)無(wú)機(jī)物[1]。玻璃歷經(jīng)五千多年的滄桑巨變，不僅練就了獨(dú)特的透明性，而且也成就了光學(xué)玻璃近二百年的輝煌和稀土玻璃的百年傳奇，在人類文明演進(jìn)的道路上發(fā)揮了無(wú)可替代的作用。

1 玻璃的前世傳奇

1.1 一頓飯里的傳說(shuō)

玻璃不是名正言順地誕生于實(shí)驗(yàn)室的，它的問(wèn)世完全是個(gè)偶然。據(jù)說(shuō)古希臘時(shí)期腓尼基人的一艘商船在海上遇到強(qiáng)烈的颶風(fēng)，不慎擱淺在地中海的海灘上，船員們?cè)诘却募灏局叙嚹c轆轆，特別渴望吃一頓熱乎可口的飯菜。于是大家決定埋鍋造飯，可是海灘上僅有砂子和貝殼怎么建爐搭灶？集思廣議后，用船上裝載的硬塊狀天然堿（圖1）代替石頭，搭建好了煮飯的爐灶。大家飽餐后驚奇地發(fā)現(xiàn)，爐灶下生成了神奇的閃閃發(fā)亮的小塊[2]。這便是一頓飯里的“傳說(shuō)”，腓尼基人無(wú)心插柳柳成蔭，鬼使神差發(fā)明的“玻璃”。開(kāi)啟了人類的財(cái)富之門，同時(shí)也將我們引上追求精美和極致的道路。

1.2 中國(guó)琉璃的傳奇

論及玻璃的精美絕倫，當(dāng)屬它“同父異母”兄弟——古法琉璃（圖2）。中國(guó)的玻璃器產(chǎn)生于西周，在發(fā)展和繁榮中形成了鮮明的民族特色和獨(dú)特的藝術(shù)風(fēng)格[3]?！傲鹆А北闶且焕鄠鞔呵飸?zhàn)國(guó)時(shí)期，越國(guó)的范蠡鑄劍時(shí)得之，將其作為天地造化的吉祥物獻(xiàn)于越王，越王賜還并命名為“蠡”。范蠡請(qǐng)能工巧匠將其打制為巧奪天工的首飾，作為定情之物送與心上人西施。因越國(guó)對(duì)吳國(guó)實(shí)施“美人計(jì)”，西施為國(guó)獻(xiàn)身吳王，臨別時(shí)將“蠡”送還與情郎，感傷無(wú)限，美人晶瑩的淚珠就滴入了“蠡”，承接了歲月的精華，今亦能見(jiàn)淚水流動(dòng)于中，后人便美其名曰：“流蠡”，這便是誕生于中國(guó)的琉璃[4]。漢代的技術(shù)作得透明藍(lán)寶石及盤碗大器，唐代設(shè)治署燒造五色琉璃，宋代作光明如月的白琉璃燈，清代初已有鏡子、窗子和明瓦，宮廷特藝燒造鼻煙壺，創(chuàng)造出千百種不同色澤藝術(shù)品[5]。

玻璃有不同色彩，但全以純色為主。古法琉璃可多色混成，更具質(zhì)感，且通透如故、流光璀璨，正所謂“有色同寒冰，無(wú)物隔纖玉”，承載了厚重的千年文化，令玻璃永遠(yuǎn)都望塵難及。當(dāng)然，先天條件注定玻璃為透明體，琉璃則似透非透，無(wú)法匹及玻璃的晶瑩清澈。琉璃密度高于玻璃，手感滑潤(rùn)，輕叩有金屬之音，玻璃則較沉悶。但是，燒造兄弟倆的工藝流程不同，玻璃的燒制溫度是1 000℃，琉璃是1 500℃，“火里來(lái)、水里去”的幾十道工序，異常費(fèi)工時(shí)，稍有不慎前功盡棄，故成本遠(yuǎn)高于玻璃?？刹Ａ{借優(yōu)異的光學(xué)特性和極高的可塑性，演繹了它的千古傳奇。

1.3 穿越千年的“玻璃歲月”

玻璃，從古埃及—古羅馬—中世紀(jì)歐洲—全世界穿越了千年歲月，創(chuàng)造和見(jiàn)證人類文明。最早的玻璃生產(chǎn)起步于不透明的模糊玻璃，古埃及十八王朝中期砂芯法工藝基本成熟。玻璃因異常珍稀是貴族裝飾的奢侈品，法老圖坦卡蒙陵墓里精美絕倫金琺瑯圣甲蟲胸針 （圖3）就是例證。后改良為模壓法，將玻璃漿壓入模具，冷卻成型，提高了生產(chǎn)效率。約1世紀(jì)，古羅馬人將蘸有玻璃漿的陶管放入模具，隨心所欲地吹制出模具形狀的玻璃器，不僅降低成本提高效率，而且將玻璃推入了藝術(shù)殿堂。玻璃及其工藝很快被推廣到了歐洲，并將玻璃制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展為鏡片、鏡子及玻璃纖維3個(gè)方向。

12～13世紀(jì)，修道士們開(kāi)始用弧形玻璃塊制成笨重的放大鏡，輔助閱讀拉丁語(yǔ)經(jīng)文。精明的意大利玻璃制造商將玻璃磨成中央突起的小圓片，裝入連接成一體的2個(gè)框內(nèi)，這便是最早的眼鏡（圖4） [6]。14世紀(jì)，威尼斯玻璃制造商將富含氧化鉀和錳的海藻灰熔入玻璃液，成功生產(chǎn)出透明度極高的水晶玻璃（圖5），并壟斷于穆拉諾島專業(yè)生產(chǎn)。他們?cè)谒РＡП趁嫱可弦粚渝a和汞的混合物，光亮耀眼高反光的鏡子誕生了，人類真切地看清了自己的外貌，繪畫師借此發(fā)明了直線透視法。16世紀(jì)，玻璃工匠們逃離穆拉諾島，將玻璃工藝傳遍歐洲，各國(guó)推陳出新演化成自己風(fēng)格和特色，開(kāi)創(chuàng)了馬賽克玻璃的建筑裝飾手法，如哥特式建筑中的彩色玻璃長(zhǎng)窗 （圖6） [7]，逐步與本土文化融合。玻璃在歐洲快速走上了專業(yè)化生產(chǎn)之路，并負(fù)載了科學(xué)使命。

2 玻璃的今生傳奇

2.1 玻璃的科學(xué)擔(dān)當(dāng)

進(jìn)入17世紀(jì)后，玻璃的科學(xué)擔(dān)當(dāng)足以改天換日。顯微鏡（圖7） 的發(fā)明讓肉眼凡胎難的我們看清了細(xì)菌和病毒群體的“真身原型”，并引發(fā)了科學(xué)和醫(yī)學(xué)的革命，直接導(dǎo)致現(xiàn)代疫苗和抗生素的發(fā)現(xiàn)。望遠(yuǎn)鏡的問(wèn)世讓伽利略觀察到了“木星的衛(wèi)星圍繞其旋轉(zhuǎn)”的事實(shí)，直接對(duì)“地心說(shuō)”發(fā)起了挑戰(zhàn)。牛頓第一架反射式望遠(yuǎn)鏡（圖8） 的發(fā)明，催生的光學(xué)玻璃為近現(xiàn)代歐洲科技的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。神奇的光電儀器，將人類帶入了微觀粒子世界，催生了現(xiàn)代化學(xué)、和量子力學(xué)。天文望遠(yuǎn)鏡讓人類仰望的星空不再遙遠(yuǎn)，催生天體物理學(xué)?？茖W(xué)的精密性、準(zhǔn)確性和正確性無(wú)不深受鏡子、透鏡、棱鏡和眼睛的影響[8]。確實(shí)沒(méi)有玻璃，就沒(méi)有近現(xiàn)代科學(xué)。

2.2 玻璃纖維的“傳奇”

19世紀(jì)，一位科學(xué)家突發(fā)奇想造了一張石弓，將箭矢綁上燒融的玻璃棒射出，將玻璃溶液拉成了一條27m長(zhǎng)的絲線[9]，這個(gè)新“傳奇”就是玻璃纖維材料。它的強(qiáng)度與同規(guī)格的鋼絲無(wú)異，將其制成玻纖布，壓制的電路板堅(jiān)固不變形，絕緣、防潮、耐腐蝕，在道路、橋梁、環(huán)保設(shè)等建筑設(shè)施中大顯身手。

進(jìn)入20世紀(jì)，科學(xué)家們將它打造為細(xì)如蜘蛛絲的高透明度的玻璃纖維，用它來(lái)傳輸光線。貝爾實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家們的驚世駭俗地將激光束發(fā)射到一種超白玻璃纖維上，使相應(yīng)0和1二進(jìn)制碼的隨機(jī)信號(hào)上下波動(dòng)[10]，數(shù)字信號(hào)“毫發(fā)無(wú)損”地通過(guò)，創(chuàng)造出新“傳奇”——光纖技術(shù)。光纖是“光導(dǎo)纖維”的簡(jiǎn)稱（圖9），傳導(dǎo)光的玻璃或塑料纖維，以“光的全反射”傳輸原理傳輸通訊信號(hào)。光纖的玻璃芯主要由石英玻璃制成，橫面為雙層同心圓柱體，質(zhì)脆、易裂、常扎成束，外加緩沖層、保護(hù)層，使其能夠彎曲而不斷裂，這就是光纜。光纖始端為發(fā)射裝置，通過(guò)發(fā)光二極管或一束激光將光脈沖傳送至光纖，光纖終端為接收裝置，通過(guò)光敏元件檢測(cè)脈沖，可導(dǎo)光、傳像。

20世紀(jì)70年代末，世界上第一條光纖通信系統(tǒng)投入商用僅2年，“中國(guó)光纖之父”趙梓森就自主研發(fā)成功了我國(guó)第一根實(shí)用光纖，2005年我國(guó)實(shí)現(xiàn)了光纖直接入戶，2012年我國(guó)的光纖產(chǎn)能已達(dá)到1.2億芯千米，并不斷增長(zhǎng)。隨著光纖進(jìn)入千家萬(wàn)戶的終端，并廣泛用于通訊、交通等各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，成功打造了“地球村”。

2.3 玻璃的“新家族”

種類龐雜、功能強(qiáng)大的玻璃主要有傳統(tǒng)玻璃和新玻璃2大“家族”，傳統(tǒng)玻璃由平板玻璃和日用玻璃構(gòu)成，對(duì)應(yīng)服務(wù)于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。日用玻璃日常所用的玻璃制品，包括有特殊功能的電子玻璃和電真空玻璃、玻璃棉等。新玻璃即新型功能玻璃和特種功能玻璃[11]，具有突破傳統(tǒng)玻璃的新功能或特殊功用。如力學(xué)強(qiáng)度高、抗沖擊能力強(qiáng)的“安全玻璃”，集節(jié)能和裝飾性于一身的“節(jié)能玻璃”，由光、電、溫、壓等方式控制透明狀態(tài)的“光電玻璃”，LED光源與玻璃聯(lián)手的“LED玻璃”，透明塑料加融的“有機(jī)玻璃”，某些金屬的氧化物或者鹽類加盟大顯異彩的“有色玻璃”等，真可謂是各路英豪薈萃盡顯能事，但真正續(xù)寫新“傳奇”是點(diǎn)石成金的稀土金屬與玻璃材料的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手。

3 稀土玻璃材料的“傳奇”

隨著稀土研究和應(yīng)用的深入，19世紀(jì)末稀土正式進(jìn)軍光學(xué)玻璃領(lǐng)域，并以氧化鈰 （CeO2）作為玻璃的脫色劑“正式出道”。稀土元素憑借高折射、低色散的“獨(dú)門絕活”，以澄清劑、添加劑、著色劑及拋光粉等無(wú)可替代的功效至今活躍于玻璃工業(yè)。玻璃常與稀土氧化物如氧化鑭（La2O3）、氧化釔 （Y2O3）和氧化釓（Gd2O3）等，完美組合為不同性能和多種用途的光學(xué)玻璃。全球稀土光學(xué)玻璃材料由中、美、英、法、德、日、俄等國(guó)主產(chǎn)，至少有300余種，功能強(qiáng)大。它們被廣泛地應(yīng)用于航空航天、航海軍工、天文地質(zhì)和影視攝像等諸多領(lǐng)域。

稀土在玻璃中到底有什么神奇的作用呢？稀土光學(xué)玻璃的主要組成系統(tǒng)是稀土硼酸鹽系統(tǒng)，因?yàn)樵诓ＡУ闹饕瘜W(xué)成分中，就稀土氧化物的溶解能力而言，硼酸鹽系統(tǒng)遠(yuǎn)強(qiáng)于硅酸鹽系統(tǒng)，La2O3在硼酸鹽系統(tǒng)的溶解能力更大，玻璃生成范圍相對(duì)較寬，且能夠強(qiáng)烈促進(jìn)玻璃熔融，這就是鑭系光學(xué)玻璃活躍性強(qiáng)的主要原因。從玻璃的結(jié)構(gòu)和性能分析，稀土氧化物不能單獨(dú)成就玻璃，只是改變玻璃的性質(zhì)，能夠修飾網(wǎng)絡(luò)；此外，鑭系元素對(duì)玻璃著色影響較大，著色穩(wěn)定，折射率增高，流動(dòng)性及密度增大[12]。既如此，神奇的稀土到底創(chuàng)造了出哪些稀土玻璃材料？

3.1 稀土顏色玻璃

稀土作為著色劑能夠改變玻璃的透光率或調(diào)整折射和色散指標(biāo)，究其原因是玻璃中溶解的稀土離子絕大部分有吸收光譜特性，具有特征性的顏色。稀土離子著色的玻璃重現(xiàn)性好，不隨熔煉氣氛改變，可組合生產(chǎn)出各色玻璃，色調(diào)純正、透光性好，用于特種眼鏡、信號(hào)燈、裝飾品等。當(dāng)然由溫度和時(shí)間的變化改變玻璃的色彩，這便是全色、變色玻璃的奧妙。

常見(jiàn)的稀土有色玻璃主要有以下3種：首推鈰玻璃，3價(jià)或4價(jià)鈰離子均無(wú)色，其著色效果完全是“兄弟齊心其利斷金”的結(jié)果，如鈰鈦酸鹽使玻璃呈黃色，再加入錳變?yōu)槌赛S色，鉀玻璃中加少量的氧化銅和鈰酸鈦，則為寶石藍(lán)色，調(diào)整組分含量還可制出金黃色和綠色。釹玻璃 （圖10）著色力強(qiáng)、色調(diào)好，且具有雙色性，熒光照射時(shí)呈藍(lán)色，白光或白熾光照射時(shí)呈紫紅色，濃度也可改變顏色。釹玻璃吸收鈉的黃光，還是識(shí)別信號(hào)燈、安全燈的用料。純氧化釹可制得鮮紅的釹玻璃，用于航行儀表。綠色鐠玻璃“水性楊花”的特性，日光下為綠色，燭光下近乎無(wú)色，隨光源的不同而變色，制成裝飾品可與寶石媲美以假亂真。藍(lán)色系的鐠釹玻璃可配制有色眼鏡，鉺釹玻璃為純淺紫色，銪釹玻璃為純橙紅色。稀土與銅、鎳、鉻、硒等金屬的離子混合物，皆可演繹出色彩絢麗的玻璃。

3.2 鑭系光學(xué)玻璃

稀土玻璃家族的重要成員還有鑭系光學(xué)玻璃，20世紀(jì)30年代，各國(guó)競(jìng)相研究高折射率、低色散的鑭系硼酸鹽光學(xué)玻璃。1938年美國(guó)柯達(dá)公司首制出鑭光玻璃，成功地?cái)U(kuò)大了光學(xué)常數(shù)的范圍，成為攝影物鏡、多變焦距鏡頭及高倍顯微鏡等光學(xué)器材不可缺少的生產(chǎn)材料，極大地提高了光學(xué)儀器的成像質(zhì)量[13]。近年鑭系光學(xué)玻璃更趨成熟，尤其高質(zhì)量的鑭系光學(xué)玻璃，是將10%～50%鑭、釔、釓等稀土氧化物，加入硼硅酸鹽或硼酸鹽系統(tǒng)中制得的[14]。因鑭在硼酸鹽玻璃中的溶解度高達(dá)60%以上，提高玻璃的折射率，降低色散，防止玻璃表面質(zhì)變。故新增了消除球差、色差和像質(zhì)畸變、擴(kuò)大視場(chǎng)角等諸多新功能，主產(chǎn)航空攝像機(jī)、高檔相機(jī)和遠(yuǎn)鏡及高倍顯微鏡等儀器和設(shè)備。

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)作為“稀土大國(guó)”崛起，稀土光學(xué)玻璃的研究和應(yīng)用成果豐碩，尤其是在硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸等鹽系統(tǒng)和鹵化物系統(tǒng)的研究取得長(zhǎng)足進(jìn)步。自1999年以來(lái)，我國(guó)鑭光玻璃年產(chǎn)量逐年上升，產(chǎn)能已居世界首位。我國(guó)稀土光學(xué)玻璃產(chǎn)品主銷國(guó)外，西方國(guó)家稱“21世紀(jì)光電材料是中國(guó)的世紀(jì)”。

3.3 稀土光纖玻璃

稀土玻璃家族的另一重要成員稀土光纖玻璃，玻璃光纖就用途分為通訊和非通訊光纖，通訊光纖用以遠(yuǎn)距離傳遞光信息，非通訊光纖用以導(dǎo)光、傳像、敏感等。稀土光纖玻璃制成的光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱稀土光纖，以其傳光率高、速度快、信息量大、保密性強(qiáng)、成本低，縱橫于光通訊的“江湖”。

稀土光纖主要有以下幾類：美、英、法、日等西方國(guó)家都投巨資研發(fā)超低損耗氟化物玻璃光纖，力圖從工藝上繼續(xù)消除損耗和制造超長(zhǎng)光纖。非氧化物玻璃光纖是傳輸中紅外波段高能激光絕佳材料，其損耗很低，主要應(yīng)用于顯微外科和內(nèi)科診斷等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。纖維激光器是在氟鋯酸鹽玻璃光纖中摻雜稀土釹、鉺、鈥、銩等離子制得，可獲得激光輸出，在一定條件下很多波段可調(diào)諧激光輸出，并實(shí)現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換。以其實(shí)惠價(jià)格、經(jīng)久耐用和波長(zhǎng)精確的特點(diǎn)，主要用于激光二極管光泵之類的新光源生產(chǎn)。光纖傳感器的信息載體是光子，集成化小體積、取代了傳統(tǒng)傳感器，實(shí)現(xiàn)的光纖網(wǎng)絡(luò)與遙感技術(shù)的“聯(lián)姻”，在工業(yè)廢氣的監(jiān)測(cè)、導(dǎo)彈光纖制導(dǎo)、紅外成像等高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用頗廣。另一重要用途是光學(xué)纖維面板，作為傳真記錄、數(shù)字和圖像顯示工具，用于雷達(dá)和探測(cè)器等，它的神奇就在于成千上萬(wàn)甚至上千萬(wàn)根光纖的“團(tuán)結(jié)合作”，這些直徑微米級(jí)的光導(dǎo)纖維，彼此親密無(wú)間地熔合為一體，以光學(xué)零厚度無(wú)失真?zhèn)鬏攬D像，用于激光夜視儀、圖像增強(qiáng)器。

如何降低玻璃光纖的傳輸損耗，一直是各國(guó)科學(xué)家的重點(diǎn)科研攻關(guān)目標(biāo)。20世紀(jì)60年代提出降低石英玻璃光纖損耗的設(shè)想，當(dāng)時(shí)傳輸損耗大于1 000dB/km。進(jìn)入70年代，光纖發(fā)展迅猛，美國(guó)不僅研制出全球首個(gè)砷化鎵鋁半導(dǎo)體激光器，而且將光纖損耗降為20dB/km，很快日本刷新為0.2dB/km，非常接近理論損耗極限值0.18dB/km?？茖W(xué)家們繼續(xù)尋找本征損耗更低的光纖材料，不斷創(chuàng)新發(fā)展將釹、鉺、鈥、銩等稀土元素?fù)饺胧⒐饫w的芯線，作為激光震蕩或激光放大的新型激活材料，80年代中期研發(fā)成功并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，并繼續(xù)開(kāi)展稀土氟化系玻璃光纖的研究，將其損耗降為0.7dB/km。進(jìn)入90年代后，日本率先提出將摻鉺離子的碲酸鹽光纖用于寬帶放大器，大幅降低了光纖損耗降。21世紀(jì)以來(lái)，已研發(fā)成功摻鉺離子的鉍酸鹽和磷酸鹽玻璃光纖等新產(chǎn)品，更具防潮、抗裂、高強(qiáng)度和低成本的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在夜視器件、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、打印顯示、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域嶄露頭角。

3.4 特種稀土光學(xué)玻璃

稀土玻璃家族的新成員與日俱增，特種稀土光學(xué)玻璃當(dāng)之無(wú)愧。

3.4.1 稀土光色玻璃

稀土光色玻璃即智能玻璃，俗名“變色玻璃”（圖11），它能變色的“絕技”是什么呢？以摻有氧化鈰和氧化鎂的硅酸鹽玻璃為例，當(dāng)太陽(yáng)光照射時(shí)，其中的藍(lán)紫或紫外等短波長(zhǎng)光使易變價(jià)的鈰離子產(chǎn)生4f→5d的電子躍遷，形成能吸收藍(lán)紫色光波的亞穩(wěn)態(tài)色心，玻璃便由淺黃色逐漸變?yōu)樯铧S褐色[15]。當(dāng)太陽(yáng)光照射減弱或消失時(shí)，鈰離子色心就恢復(fù)到原來(lái)的電子態(tài)，玻璃便回到原來(lái)的高透明狀態(tài)，這便是我們?nèi)粘Ｉ钪刑?yáng)鏡變色的“玄機(jī)”，它還用于防眩的飛機(jī)和船舶的前向或觀察的窗玻璃。此外，因其可自行調(diào)節(jié)透光性及可逆著色效應(yīng)，廣泛應(yīng)用于光信息存儲(chǔ)介質(zhì)、可擦光調(diào)制元件。

3.4.2 稀土發(fā)光玻璃

玻璃材料中添加較少的稀土元素，當(dāng)外部予以恰到好處的“激勵(lì)”，電子由低能態(tài)躍遷至高能態(tài)，形成了3價(jià)稀土離子發(fā)光中心，不同稀土激活劑發(fā)出不同顏色的光，以光的形式產(chǎn)生輻射的發(fā)光過(guò)程就是稀土發(fā)光玻璃的“秘密”。為了取得更理想的發(fā)光亮度，除了研發(fā)人眼較靈敏的綠光材料外，還可將紅光或紅外線轉(zhuǎn)換成高亮度的光。稀土發(fā)光玻璃主要有“6大兄弟”：主要用于示波器熒光屏的透明或半透明熒光玻璃；用于評(píng)估未知?jiǎng)┝康膮⒖疾Ａ?；可重?fù)使用的熱致發(fā)光劑量玻璃；用于熱中子、中能中子等的中子劑量玻璃以及熱中子閃爍玻璃；考察江河與海岸線流沙的遷移示蹤玻璃。

3.4.3 稀土磁光玻璃

稀土磁光玻璃亦稱“稀土旋光玻璃”，在磁場(chǎng)作用下，可使通過(guò)它的光的偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)或產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。在弱磁性普通玻璃材料中，添加過(guò)渡金屬離子和稀土離子的氧化物則可獲得不同程度的磁性。如添加鈰、鐠、銪、鋱等稀土離子，可制得稀土法拉第磁光玻璃，各向均勻性好，磁光性能優(yōu)異，成本低廉，廣泛用于避免有害反射光的光纖通訊、電力輸送、衛(wèi)星測(cè)控等領(lǐng)域。目前，最具實(shí)用價(jià)值的是含鈰、鋱等離子的稀土磁光玻璃，主要用于全息光彈儀、環(huán)形激光磁力儀及光隔離器和磁光調(diào)劑器。

3.4.4 稀土紅外玻璃和防輻射玻璃

稀土紅外玻璃是由含鋯、鑭、釷等特殊物質(zhì)及稀土硫?qū)倩镏频?，稀土元素的原子量較大、熔點(diǎn)高，故其有較寬的紅外透射范圍和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，已廣泛用于紅外攝影、紅外火炮導(dǎo)彈衛(wèi)星和夜戰(zhàn)等領(lǐng)域。隨著原子能工業(yè)發(fā)展和電腦辦公普及，防止紫、紅外線的輻射，保護(hù)人身體健康提到了空前高度。隨著科學(xué)家對(duì)稀土多功能新材料研究的深入，發(fā)現(xiàn)稀土元素鈰、钷、釤、銪、釓、鏑等有非常好的防輻射性能。在玻璃中加入一定量的氧化鈰，能提高玻璃被輻照作用的穩(wěn)定性，這便是耐輻射玻璃，主要用于原子能、宇航、核電等工業(yè)領(lǐng)域。

3.4.5 稀土激光玻璃

稀土激光玻璃材料的相關(guān)研究起步于1961年，主要使用摻稀土釹的硅酸鹽玻璃獲得脈沖激光。釹離子能誘發(fā)吸發(fā)光，是諧振腔的發(fā)光中心，可使玻璃狀結(jié)晶格子對(duì)輻射帶的高寬度產(chǎn)生影響。釹玻璃因激光輸出脈沖能量最大，輸出功率最高，主要應(yīng)用于光通訊、高能激光武器等高科技領(lǐng)域。隨著研究的深入，用于激光玻璃生產(chǎn)的稀土離子由釹離子（Nd3+）拓展為鉺離子（Er3+）、鈥離子（Ho3+）、銩離子（Tm3+）、鐿離子（Yb3+）等，以上材料更易制備成型，且玻璃組分和光學(xué)性的可控性增強(qiáng)。我國(guó)的稀土釹激光玻璃和激光器，1963年由長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所成功研發(fā)。第2年又研制成功硅酸鹽、磷酸鹽系列的釹玻璃，具有很高的增益和效率、較低的折射率和耗系數(shù)、優(yōu)異的機(jī)械性、很強(qiáng)的沖擊力等特性和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于ICF大型激光裝置，成為繼美日德等國(guó)掌握該技術(shù)的國(guó)家。

3.4.6 稀土微晶玻璃

稀土微晶玻璃俗稱玻璃陶瓷，20世紀(jì)50年代美國(guó)最先研制出光敏微晶玻璃。

將微晶玻璃 （圖12） 作為激光介質(zhì)材料的研究起步于20世紀(jì)70年代，陸續(xù)研究出摻有稀土釹離子的脈沖激光微晶玻璃，含有稀土鐿離子、鉺離子氟氧化物微晶玻璃。90年代研發(fā)成功第一塊透明氟氧化物微晶玻璃。21世紀(jì)初年，新型透明氟氧化物激光微晶玻璃的成功研發(fā)，并成就了摻Nd3+微晶玻璃纖維激光器。該材料具有稀土離子可溶性和化學(xué)穩(wěn)定性均異常優(yōu)異，可以說(shuō)光學(xué)前景無(wú)限。

3.5 稀土玻璃的“新傳奇”

稀土玻璃研究一路高歌猛進(jìn)，其組成由以硼酸鹽系統(tǒng)為主拓展至氧化物、鹵化物、硫化物的玻璃，呈現(xiàn)多種形態(tài)，制備方法由傳統(tǒng)的高溫熔融、成型壓制等，創(chuàng)新為制備薄膜的濺射法、溶膠凝膠法的液相低溫合成等，相繼研發(fā)成功生物微晶玻璃、微孔玻璃等高端產(chǎn)品。稀土玻璃又創(chuàng)新性將紅外能轉(zhuǎn)換成玻璃的內(nèi)能，升高溫度，改善玻璃的熱吸收能力，增加入室的太陽(yáng)能，開(kāi)辟了建筑節(jié)能和環(huán)護(hù)的新途徑。稀土長(zhǎng)余輝發(fā)光玻璃利用太陽(yáng)光、日光燈等光源的短時(shí)間照射，儲(chǔ)存其能量，然后在黑暗處能夠長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)發(fā)出高亮度的可見(jiàn)光。該玻璃不僅實(shí)現(xiàn)了圖像貯存光記憶顯示的“特異功能”，而且也實(shí)現(xiàn)了人們利用太陽(yáng)能打造“不夜城”的夢(mèng)想。