On appelle verre optique un verre de qualité adaptée à la réalisation de systèmes optiques tels que les lentilles, les prismes ou les miroirs. Ainsi, à la différence du verre de vitre ou du cristal, dont la formule est adaptée à l'effet esthétique désiré, un verre optique contient des additifs destinés à modifier certaines propriétés optiques ou mécaniques du verre : indice de réfraction, dispersion, transmittance, dilatation, ainsi que d'autres paramètres. Les verres produits pour l'optique utilisent des matériaux très divers, de la silice et des borosilicates classiques aux éléments tels que le germanium ou la fluorine, certains matériaux étant indispensables à la transparence du verre pour d'autres domaines que le spectre visible.
Les éléments capables de former du verre sont variés, on recense le silicium, le bore, le phosphore, le germanium et l'arsenic sous forme d'oxydes la plupart du temps, ou de séléniures, sulfures, fluorures, etc. Ces matières permettent de donner sa structure caractéristique non cristalline au verre. Les ajouts de matériaux tels que des métaux, des alcalins, des alcalino-terreux ou des terres rares permettent de changer les propriétés physico-chimiques de l'ensemble afin de donner au verre les qualités adaptées à sa fonction. Quelques verres optiques utilisent ainsi jusqu'à une vingtaine de composants chimiques différents pour obtenir les propriétés optiques désirées.
Outre les paramètres optiques et mécaniques, les verres optiques se caractérisent par leur pureté et leur qualité, nécessaires du fait de leur utilisation dans des instruments de précision. Les défauts sont quantifiés et classés selon des normes internationales : bulles, inclusions, rayures, défauts d'indice, coloration, etc.
Un triplet de Taylor-Cooke, développé par Taylor alors qu'il était ingénieur chez Cooke en 1893.
Harold Dennis Taylor, né à Huddersfield le 10 juillet 1862 et mort à Stillington(en) le 26 février 1943, était un ingénieur en optique célèbre pour sa conception de nouvelles combinaisons optiques, telles que le triplet de Cooke et pour deux de ses ouvrages, le principal étant un court manuel de réglage des télescopes « On the adjustment and testing of telescopic objectives ».
Image des fronts d'onde émis par une source ponctuelle au-dessus d'un dioptre, mettant en évidence le phénomène de réfraction. La zone inférieure a un plus grand indice de réfraction et donc une vitesse de phase plus faible que la zone supérieure. Pour une raison de clarté, la réflexion partielle n'est pas montrée.
L’indice de réfraction, noté n, est une grandeur sans dimension caractéristique d'un milieu, décrivant le comportement de la lumière dans ce milieu. L'indice dépend de la longueur d'onde de mesure mais aussi des caractéristiques du milieu. L'indice de réfraction est parfois appelé « constante optique » d'un matériau, par abus de langage, cette grandeur étant à la fois variable et liée aux propriétés optiques, cristallographiques ou encore diélectriques des matériaux.
Cette grandeur peut prendre des valeurs très diverses ; bien qu'il soit communément supposé supérieur à 1, l'indice de réfraction peut en réalité prendre des valeurs bien différentes. Dans un milieu absorbant, l'indice de réfraction est un nombre complexe dont la partie imaginaire rend compte de l'atténuation de l'onde dans le milieu. Les milieux biréfringents possèdent deux indices, un ordinaire et un extraordinaire. Certains matériaux particuliers peuvent avoir un indice dit non linéaire, tandis que des métamatériaux ont été élaborés avec des indices négatifs.
L'indice de réfraction intervient notamment dans les lois de Snell-Descartes, qui mettent en jeu le rapport des indices de réfraction. Cet effet, appelé réfraction, est à la base de la conception des lentilles optiques. Les indices de réfraction se mesurent par réfractométrie. L'angle de Brewster, le phénomène de réflexion totale ou encore les coefficients de Fresnel de transmission et de réflexion dépendent de l'indice de réfraction. Le fait que l'indice de réfraction dépende de la longueur d'onde est appelé dispersion et provoque la dispersion de la lumière dans les prismes ou dans les arcs-en-ciel.
Dispersion de la lumière d'une lampe à vapeur de mercure par un prisme de verre flint
Le verre flint, ou flint glass en anglais, de « flint » qui signifie silex en anglais, est un type de verre avec un haut indice de réfraction et un nombre d'Abbe faible. L'indice de réfraction des flints varie entre 1,5 et 2,0 selon leur composition et on les distingue des autres verres d'oxydes par leur nombre d'Abbe inférieur à 50, ce sont donc des verres très dispersifs c'est-à-dire qu'ils dévient très différemment la lumière selon la longueur d'onde de celle-ci.
Le verre flint contient dans sa formule d'origine, une partie d'oxyde de plomb (II), depuis les travaux de recherche sur les formules de verre opérées par Otto Schott et Ernst Abbe, on peut adjoindre à la pâte d'un verre flint du lanthane, du titane, du baryum, etc.
Le verre flint est très utilisé en cristallerie d'art pour sa brillance, l'indice de réfraction fort provoquant une plus grande proportion de réflexions internes.
L'effet acousto-optique est un cas particulier de la photoélasticité où un changement de la permittivité ε s'opère à cause d'une contrainte α. La photoéleasticité se traduit par une modification du coefficient optique Bi par une contrainte mécanique αj selon la relation pij est le tenseur photoélastique. Dans le cas de l'acousto-optique, la contrainte mécanique est le résultat de la propagation d'une onde sonore dans le milieu donnant lieu à des variations d'indice de réfraction dans ce milieu.
Pour une onde plane acoustique se propageant selon l'axe (Oz), l'indice de réfraction est variable dans le temps et l'espace, selon l'axe (Oz), ce qui amène où n est l'indice de réfraction du milieu à l'état stationnaire, Δn l'amplitude de la variation d'indice, ω la pulsation et k le nombre d'onde. Il est possible d'exprimer Δn : .
Le profil sinusoïdal d'indice de réfraction agit comme un réseau de diffraction progressant à la vitesse de l'onde sonore. L'onde lumineuse est diffractée par ce réseau et pour un angle θm entre onde diffractée et onde incidente, on a où Λ est la longueur d'onde de l'onde sonore, λ la longueur d'onde de l'onde lumineuse et m l'ordre de diffraction.
George Ravenscroft (1632 – ) est un marchand anglais spécialisé dans l'import-export et le commerce de verre. Il est connu notamment pour sa participation au développement, en Angleterre, du cristal au plomb, appelé verre flint, du nom de la pierre siliceuse utilisée, et qui donnera son nom à la catégorie des verres optiques à fort pouvoir dispersif.
