石英管是以高纯度二氧化硅（SiO₂）为主要成分制成的管状材料，因其独特的分子结构与高度的化学稳定性，在光学、电子、高温工艺、化学分析及特殊照明等领域被广泛应用。透光性能是衡量石英管适用性的关键指标之一，而这一性能与入射光的波长密切相关。石英材料在宽广的电磁波谱范围内表现出差异化的吸收与透射特性，从深紫外延伸到近红外乃至中红外，其透光率受材料纯度、晶型结构、厚度、表面状态及杂质含量等因素影响。理解石英管在不同波长下的透光性能，有助于在光源设计、光学系统搭建与工艺匹配中作出精准选材，充分发挥石英管在特殊光谱应用中的优势。

一、石英材料的光学基础与透光机理

石英的透光性源于其分子结构的均匀性与化学键的特性。二氧化硅由硅氧四面体（SiO₄）通过共享氧原子形成三维网络，这种结构在较宽波长范围内对光子吸收较少。在可见与红外区，主要吸收来自晶格振动（声子吸收）；在紫外区，吸收则与电子跃迁及杂质能级有关。

高纯石英的带隙宽度较大，对可见光与近红外光子几乎透明，因为光子的能量不足以激发电子跨越带隙，也不易激发晶格振动。当波长缩短进入紫外区，光子能量升高，可能激发电子或由杂质引入的能级跃迁，导致吸收增强。相反，在更长波长的红外区，晶格振动吸收逐渐显著，透光率会随波长增加而下降。

石英的晶型也影响透光性能：天然水晶（低温石英）与熔融石英（非晶态）在近紫外到近红外的透光曲线略有差异，熔融石英因无晶界散射，在紫外波段往往更优。

二、可见光波段的透光性能

在可见光范围（约380 nm～780 nm），高纯石英管的透光率通常可超过90%，优质合成石英管在该波段的透光率可达93%以上。这一高透光性源于可见光光子能量（1.6 eV～3.3 eV）低于石英的本征吸收边，且石英对该波段的光散射极低，尤其是熔融石英，其非晶结构消除了晶界引起的光散射。

人眼感知的色彩由可见光各波长的透射与反射综合决定，石英在可见光区无明显选择性吸收，因此透射光颜色接近入射光本色，仅在极厚管壁或含杂质时才会出现轻微黄化。表面粗糙度与污染会引入散射损失，降低实测透光率，故高透光应用需配合抛光与洁净处理。

三、紫外波段的透光性能

石英管在紫外区的透光性能是其区别于普通玻璃的显著优势之一。根据纯度与晶型不同，石英可透射从近紫外到深紫外的光：

近紫外（UVA，约320 nm～400 nm）：高纯熔融石英在此波段的透光率仍保持在85%以上，适合用于紫外固化、荧光检测等。

中紫外（UVB，约280 nm～320 nm）：透光率开始下降，但仍可达70%～80%，优质合成石英可延伸至250 nm左右仍保持可观透射。

深紫外（UVC，约200 nm～280 nm）：普通玻璃几乎完全不透，而某些高纯合成石英（如低羟基熔融石英）在200 nm～220 nm仍可维持50%以上透光率，在185 nm（臭氧生成波段）附近透光率急剧下降，因该波段对应石英的本征吸收边与羟基（OH⁻）吸收峰。

羟基含量是影响深紫外透光的关键因素：羟基在270 nm附近有强吸收带，因此低羟基石英在深紫外应用更具优势。石英管若要用于低压汞灯的254 nm杀菌紫外或185 nm臭氧发生波段，需特别选用低羟基、高纯合成石英，并控制管壁厚度以降低吸收损耗。

四、红外波段的透光性能

在红外区（>780 nm），石英的透光性主要受晶格振动吸收限制。二氧化硅的声子振动模式在红外产生一系列吸收带，导致透光率随波长增加而下降：

近红外（约0.78 μm～2 μm）：透光率仍较高，熔融石英在1 μm～2 μm可达80%以上，但随着波长接近2.2 μm，羟基吸收峰开始出现，若羟基含量高，此处的透光率会显著降低。

短波红外（2 μm～4 μm）：晶格振动吸收增强，透光率快速下降至较低水平，一般石英管在此区间应用受限。

中红外（>4 μm）：石英的本征吸收很强，基本不透明，因此石英管不适用于中红外光学系统。

对于红外加热或传感应用，若工作波长落在石英的高透区间（如1.0 μm～1.4 μm），石英管可作为窗口或导光管；若波长超出其透射范围，则需改用其他红外材料（如氟化钙、蓝宝石、锗等）。

五、影响透光性能的其他因素

1. 材料纯度

铁、钛、铝等过渡金属杂质在紫外与可见光区引入电子跃迁吸收，使透光率下降并可能导致着色。高纯石英通过多次酸洗与真空熔融可显著降低杂质含量。

2. 羟基含量

羟基在2.2 μm附近有强吸收，在深紫外区也会影响短波透过率。低羟基石英需特殊工艺（如干法熔融）制备。

3. 管壁厚度

光吸收随厚度呈指数衰减，厚壁石英管在深紫外与红外波段的透光率明显降低，设计时需权衡机械强度与光学需求。

4. 表面状态

划痕、污染、微裂纹会引起散射损失，降低实测透光率。高精度光学应用需超光滑表面与洁净环境。

5. 温度

高温下晶格振动加剧，红外吸收增强；某些杂质能级受温度影响，可能改变紫外吸收边位置。

六、不同波长透光性能的应用映射

紫外光刻与曝光：利用石英在深紫外的高透性，石英管或石英窗口可传输准分子激光（如248 nm KrF、193 nm ArF）进行精密加工。

紫外固化与杀菌：在UVA与UVB波段的高透性使石英管成为紫外灯外壳或导光元件，低羟基石英可延伸至UVC用于杀菌灯。

可见激光传输：石英管在可见光与近红外激光（如488 nm、532 nm、1064 nm）传输中损耗低，适用于激光设备保护管与光束导管。

红外加热与传感：在近红外高透区可作为红外加热器窗口或传感器保护管，但需避开羟基吸收带与晶格振动强吸收区。

七、结语

石英管在不同波长下的透光性能呈现出从深紫外到近红外的宽谱优势，但在各波段受材料本征吸收、杂质与羟基含量、管壁厚度与表面状态等因素制约。在可见光与近紫外区，高纯石英管保持高透光率；在深紫外区，低羟基高纯石英可突破普通玻璃的极限；在近红外区，透光率随波长增加逐渐下降，中红外则基本不透明。掌握这些波长相关的透光特性，可在光学系统设计、光源匹配与工艺开发中精准选用石英管，使其在紫外固化、激光传输、红外加热、分析仪器等多元场景中发挥不可替代的作用，为现代科技与工业应用提供可靠的光学材料支撑。