Szkło optyczne o powierzchniach wypukłych wklęsłych: produkcja, zastosowanie. Obiektyw, lupy

Szkło optyczne jest specjalnie wykonanym przezroczystym szkłem, które służy jako części do przyrządów optycznych. Różni się od zwykłej czystości i większej przejrzystości, jednolitości i bezbarwności. Również dyspersja i współczynnik załamania światła są ściśle ujednolicone. Zgodność z takimi wymaganiami zwiększa złożoność i koszt produkcji.

Historia

Można znaleźć wiele przykładów codziennego używania soczewek, na przykład lupy – zwykłego szkła powiększającego – pomogą stworzyć mały projektor ze zwykłego smartfonu, ale okulary optyczne pojawiły się nie tak dawno temu.

Soczewki znane były od starożytności, ale pierwsza poważna próba stworzenia szkła, podobna do tego, co jest używane w nowoczesnych instrumentach, można przypisać XVII wieku. Tak więc, niemiecki chemik Kunkel w jednym ze swoich prac wymienił kwasy fosforowe i borowe, które tworzą składnik szkła. Mówił również o koronie borokrzemianowej, która jest bliska niektórym nowoczesnym materiałom kompozycji. To można nazwać pierwszym udanym doświadczeniem w produkcji szkła, posiadającym pewne właściwości optyczne i wystarczający stopień jednolitości fizycznej i chemicznej.

W przemyśle

Produkcja szkła optycznego na skalę przemysłową rozpoczęła się na początku XIX wieku. Szwajcarski Gian wraz z firmą Fraunhofer wprowadził stosunkowo stabilną metodę otrzymywania takiego szkła w zakładzie w Bawarii. Kluczem do sukcesu była odbiór mieszania stopu przez okrągłe ruchy pręcika glinianego pionowo zanurzonego w szkle. W rezultacie możliwe było uzyskanie szkła optycznego o zadowalającej jakości, o średnicy do 250 mm.

Nowoczesna produkcja

W produkcji kolorowych okularów optycznych stosowane są substancje zawierające miedź, selen, złoto, srebro i inne metale. Gotowanie odbywa się za opłatą. Jest on załadowany do garnków ogniotrwałych, które z kolei są umieszczane w piecu szklarskim. Kompozycja ładunku może zawierać do 40% szkła odpadowego, ważnym punktem jest spójność kompozycji skorupy i szklanki do zaparzania. Szklana mąka podczas gotowania jest ciągle mieszana z ostrzem ceramicznym lub platynowym. Tak więc osiąga się stan jednorodny.

Okresowo stop jest pobierany na próbce, która kontroluje jakość. Ważnym etapem gotowania jest wyjaśnienie: w szklanej masie substancji klarujących wstępnie dodanych do mieszaniny uwalnia się znaczna ilość gazów. Duże pęcherzy tworzą szybko, gromadząc mniejsze pęcherzyki, które nieuchronnie tworzą się podczas gotowania.

Wreszcie garnki są wyjmowane z kuchenki, po czym powoli chłodzą się. Chłodzenie, opóźnione specjalnymi metodami, może trwać do ośmiu dni. Musi być jednolite, inaczej w masie mogą powstać mechaniczne naprężenia powodujące pęknięcia.

Właściwości

Szkło optyczne jest materiałem do produkcji soczewek. Oni z kolei są podzieleni na wygląd w gromadzeniu i rozpraszaniu. Kolektory obejmują obiektyw dwuwypukły i płaski wypukły oraz soczewkę wklęsłą wypukłą zwaną "pozytywnym meniskiem".

Szkło optyczne ma wiele cech:

• Wskaźnik załamania światła, określony przez dwie linie widmowe, zwane podwójnym dnem sodowym;
• Średnia dyspersja, za pomocą której rozumie się różnicę refrakcji czerwonych i niebieskich linii widma;
• Współczynnik dyspersji – liczba podana przez stosunek średniej dyspersji i załamania.

Kolorowe szkło optyczne jest używane do produkcji filtrów absorpcyjnych. W zależności od materiału wyróżnia się trzy główne rodzaje okularów optycznych:

• Nieorganiczne;
• Pleksiglas (organiczny);
• Mineralne-organiczne.

Skład szkła nieorganicznego obejmuje tlenki i fluorki. Szkło optyczne z kwarcu odnosi się również do nieorganicznych (wzór chemiczny SiO2). Kwarc ma lekkie załamanie i przepuszczalność światła o wysokiej przenoszalności, charakteryzuje się odpornością na ciepło. Szeroka gama przejrzystości umożliwia wykorzystanie go w nowoczesnych telekomunikacjach (kable światłowodowe itd.), A także szkło silikatowe jest niezbędne do produkcji soczewek optycznych, na przykład kwarc jest wykonany przez lupę.

Na bazie krzemu

Przejrzyste szkło silikatowe może być zarówno optyczne jak i techniczne. Optyczne jest wytwarzane przez stopienie kryształu skalnego, jest to jedyny sposób na uzyskanie zupełnie jednorodnej struktury. W okularach szkła, małe pęcherzyki gazu wewnątrz materiału odpowiadają na kolor.

Oprócz szkła kwarcowego opartego na krzemie powstaje tak zwane szkło silikonowe, które pomimo podobnej bazy ma inne właściwości optyczne. Elementy krzemu są zdolne do refrakcji promieniowania rentgenowskiego i promieniowania podczerwonego.

Szkło organiczne

Tak zwana plexi wykonana jest na bazie syntetycznego materiału polimerowego. Ten przezroczysty i twardy materiał dotyczy tworzyw termoplastycznych i jest często używany jako zamiennik szkła kwarcowego. Pleksiglas jest odporny na wiele czynników środowiskowych, takich jak wysoka wilgotność i niskie temperatury, ale jest dużo mniejszy, a tym samym bardziej wrażliwy na działanie mechaniczne. Ze względu na swoją delikatność, organiczne szkło optyczne jest łatwe w obróbce – może być "wzięte" nawet za pomocą najprostszego narzędzia do cięcia metalu.

Ten materiał jest doskonały do obróbki laserowej, można łatwo zastosować wzór lub grawerowanie. Jako soczewka doskonale odbija promienie podczerwone, ale brakuje promieni ultrafioletowych i promieni rentgenowskich.

Zastosowanie

Okulary optyczne są szeroko stosowane do produkcji soczewek, które z kolei są stosowane w wielu systemach optycznych. Jako szkło powiększające wykorzystywany jest pojedynczy soczewka zbierająca. W technologii soczewki są ważną lub większą częścią systemów, takich jak lornetki, obiektywy optyczne, mikroskopy, teodolity, teleskopy, a także kamery i sprzęt wideo.

Nie mniej ważne są okulary optyczne na potrzeby okulistyki, ponieważ bez nich trudno lub niemożliwe jest skorygowanie wad wizualnych (krótkowzroczność, astygmatyzm, nadwzroczność, zakłócenie warunków mieszkaniowych i inne choroby). Soczewki do okularów z dioptrami można wytwarzać zarówno z szkła kwarcowego, jak iz wysokiej jakości plastiku.

Astronomia

Okulary optyczne są ważnym i najdroższym elementem dowolnego teleskopu. Wielu fanów gromadzi refraktory, co wymaga niewielkiego, ale najważniejszego – soczewki ze szkła płaskiego.

Na początku stulecia przed ostatnim, potrzeba kilku lat na stworzenie jednego silnego obiektywu astronomicznego, a raczej jego polerowania. Na przykład w 1982 roku szef Uniwersytetu w Chicago William Harper skierował do miliardera Charlesa Yerkesa wniosek o finansowanie obserwatorium. Yerkes zainwestował w niej około trzystu tysięcy dolarów, a czterdzieści tysięcy osób kupiło soczewkę na ten najpotężniejszy teleskop na tej planecie. Obserwatorium zostało nazwane na cześć finansisty Yerkesa, a dotychczas ten refraktor o średnicy obiektywu 102 cm uważany jest za największy na świecie.

Teleskopy o dużej średnicy to odbłyśniki, w tym lustro jest elementem gromadzącym światło.

W astronomii i okulistyce znajduje się inny typ soczewki – szkło z wypukłymi wklęsłymi powierzchniami, zwane meniskami. Może to być dwa typy: rozproszenie i zbieranie. W rozciętym menisku, skrajna część jest grubsza niż centralna, a gromadzenie cieńsze jest częścią centralną.