Оптично стъкло с изпъкнали-вдлъбнати повърхности: производство, приложение. Обектив, лупа

Оптичното стъкло е специално направено прозрачно стъкло, което се използва като част от него оптични устройства.

история

Можете да намерите много примери за употреба на лещи от домакинството, например лупа - обикновено лупа - ще помогне да се създаде малък проектор от обикновен смартфон, но оптичните очила се появиха не толкова отдавна.

Обектите са познати още от древността, но първият сериозен опит за създаване на стъкло, подобно на съвременните инструменти, може да се отдаде на XVII век. Така че немският химик Кункел в едно от произведенията си споменава фосфорната и борната киселини, съставляващи стъкления компонент. Той също така говори за боросиликатна корона, която е близо до някои съвременни материали по композицията. Това може да се нарече първият успешен опит в производството на стъкло, което има определени оптични свойства и достатъчна степен на физическа и химическа еднородност.

В индустрията

Производството на оптични стъкла в промишлен мащаб започва в началото на 19 век. Швейцарските Джан и Фраунхофер въвеждат относително стабилен метод за получаване на такова стъкло в завод в Бавария. Ключът към успеха беше приемането на смесване на стопилката с помощта на кръгови движения на глинен пръстен, вертикално потопен в стъкло. В резултат на това е възможно да се получи оптично стъкло със задоволително качество с диаметър до 250 mm.

Съвременна продукция

При производството на цветни оптични стъкла се използват добавки с вещества, съдържащи мед, селен, злато, сребро и други метали. Готвенето се извършва от зареждането. Зарежда се в огнеупорни саксии, които на свой ред се поставят в стъклена пещ. Съставът на заряда може да включва до 40% от отпадъчното стъкло, важна е съблюдаването на състава на шлаката и на стъклото за варене. Стъклата на стъклото по време на готвенето се смесват непрекъснато с керамично или платинено острие. По този начин се постига хомогенно състояние.

Периодично топенето се взема върху проба, която контролира качеството. Важен етап на готвене е изясняването: в стъклената маса на избистрящите вещества, първоначално добавени към заряда, се отделя значително количество газове. Създават се големи мехурчета, които бързо се издигат, улавяйки по-малките мехурчета, които неизбежно се образуват по време на процеса на готвене.

В заключение, саксиите се изваждат от пещта, след което бавно се охлаждат. Охлаждането, забавено със специални методи, може да продължи до осем дни. Тя трябва да бъде еднаква, в противен случай могат да възникнат механични натоварвания в масата, които причиняват пукнатини.

свойства

Оптичното стъкло е материал за производство на лещи. Те, от своя страна, са разделени на външен вид в събиране и разпръскване. Колекторите включват двойно изпъкнала и плоска изпъкнала леща, както и вдлъбната и изпъкнала леща, наречена "положителен менискус".

Оптичното стъкло има редица характеристики:

• индекс на пречупване, определени от две спектрални линии, които се наричат ​​натриев дублет;
• означава дисперсия, с която се разбира разликата в пречупването на червените и сините линии на спектъра;
• коефициент на дисперсия - числото, дадено от съотношението между средната дисперсия и рефракцията.

Цветното оптично стъкло се използва за производство на абсорбционни филтри. В зависимост от материала се разграничават три основни типа оптични стъкла:

• неорганична;
• плексиглас (органичен);
• минерални и органични.

Съставът на неорганичното стъкло включва оксиди и флуориди. Кварцовото оптично стъкло се отнася и за неорганичните (химична формула SiO₂). Кварцът има лек рефракция и висока пропускливост на светлина, характеризира се с топлинна устойчивост. Широка гама прозрачност може да се използва в съвременните телекомуникации (оптичен кабел и т.н.), както силикатно стъкло е незаменим при производството на оптични лещи, например, направи лупа на кварца.

Въз основа на силиций

прозрачен силикатно стъкло могат да бъдат както оптични, така и технически. Оптично се прави чрез топене на скален кристал, това е единственият начин да се получи напълно хомогенна структура. В непрозрачни стъкла, малки мехурчета от газ в материала отговарят на цвета.

В допълнение към стъклото на силициев диоксид, произведен на силиконова основа и т.нар силиций стъкло, което, въпреки подобна база има различни оптични свойства. Силиконовите елементи са способни да отразяват рентгенови лъчи и да преминават инфрачервени лъчи.

Органично стъкло

Така нареченото плексиглас се изработва на основата на синтетичен полимерен материал. Този прозрачен и твърд материал се отнася до термопластични материали и често се използва като заместител на кварцово стъкло. Плексигласът е устойчив на много фактори на околната среда, като например висока влажност и ниски температури, но е много по-мек и следователно по-чувствителен към механичните ефекти. Поради своята мекота, органичното оптично стъкло е лесна за обработка - може да бъде "взето" дори и от най-простия инструмент за рязане на метал.

Този материал е отличен за лазерна обработка, е лесно да се приложи модел или гравиране. Като леща тя перфектно отразява инфрачервените лъчи, но пропуска ултравиолетовите лъчи и рентгеновите лъчи.

приложение

Оптичните стъкла се използват широко за производството на лещи, които на свой ред се използват в много оптични системи. Единична събираща леща се използва като лупа. В технологиите лещите са важна или основна част от системи като бинокли, оптични мишки, микроскопи, теодолити, телескопи, както и камери и видео оборудване.

Също толкова важни са оптичното стъкло за нуждите на офталмологията, защото без тях е трудно или невъзможно да се коригират недостатъците на зрението (късогледство, астигматизъм, далекогледство, нарушения на настаняване и други заболявания). Обективи за очила с диоптери могат да бъдат направени както от кварцово стъкло, така и от висококачествена пластмаса.

астрономия

Оптичните стъкла са важен и най-скъп компонент на всеки телескоп. Много фенове сами събират рефрактори, това изисква малко, но най-важното - плосък стъклен стъклопакет.

В началото на века преди последното, отнеха няколко години, за да се получи един мощен астрономически обектив или по-скоро да се полистира. Например, през 1982 г. ръководителят на Чикагския университет Уилям Харпър се обърна към милионера Чарлз Йеркес с искане за финансиране на обсерваторията. Йерекс инвестира около триста хиляди долара и четирийсет хиляди отиват да си купят леща за най-мощния телескоп по онова време на планетата. Обсерваторията е кръстена в чест на финансиращия Yerkes, а до този момент този рефрактор с диаметър на лещите 102 см се смята за най-големият в света.

Телескопите с голям диаметър са рефлектори, в които огледалото е елемент за събиране на светлина.

Има друг вид лещи, използвани в астрономията и офталмологията - стъкло с изпъкнали вдлъбнати повърхности, наречени менискус. Тя може да бъде от два типа: разсейване и събиране. При дисекционния менискус крайната част е по-дебела от централната, а при събирането на по-тънка е централната част.