Аптычнае шкло з выпукла-ўвагнутымі паверхнямі: выраб, прымяненне. Лінза, павелічальнае шкло

Аптычнае шкло - гэта адмысловай выявай вырабленае празрыстае шкло, якое выкарыстоўваецца ў якасці дэталяў для аптычных прыбораў. Яно адрозніваецца ад звычайнага чысцінёй і падвышанай празрыстасцю, аднастайнасцю і бясколерным. Таксама ў ім строга нармаваныя дысперсія і пераламляльная здольнасць. Захаванне такіх патрабаванняў павышае складанасць і кошт вытворчасці.

гісторыя

Можна знайсці мноства прыкладаў бытавога прымянення лінзаў, напрыклад, лупа - звычайнае павелічальнае шкло - дапаможа стварыць невялікі праектар са звычайнага смартфона, аднак аптычныя шкла з'явіліся не так даўно.

Лінзы вядомыя са старажытнасці, але першую сур'ёзную спробу стварыць шкло, падобнае да таго, што ўжываецца ў сучасных прыборах, можна аднесці да XVII стагоддзя. Так, нямецкі хімік Кункель ў адным з сваіх прац згадваў пра фосфарнай і борнай кіслотах, якія ўваходзяць у кампанент шкла. Таксама ён казаў пра боросиликатном кроне, які блізкі да некаторых сучасных матэрыялаў па складзе. Гэта можна назваць першым удалым вопытам у вытворчасці шкла, які валодае пэўнымі аптычнымі ўласцівасцямі і дастатковай ступенню фізічнай і хімічнай аднастайнасці.

У прамысловасці

Выраб аптычных шклоў у прамысловых маштабах пачалося ў пачатку XIX стагоддзя. Швейцарац Гиан сумесна з Фраўнгофера ўкаранілі на адным з заводаў у Баварыі адносна стабільны спосаб атрымання такога шкла. Залогам поспеху стаў прыём мяшання расплаву з дапамогай кругавых рухаў вертыкальна пагружанага ў шкло глінянага стрыжня. У выніку, можна было атрымліваць аптычнае шкло здавальняючага якасці, дыяметрам да 250 мм.

сучаснае вытворчасць

У атрыманні каляровых аптычных шклоў выкарыстоўваюцца дабаўкі рэчываў з утрыманнем медзі, селену, золата, срэбра і іншых металаў. Варэнне адбываецца з шыхты. Яе загружаюць у вогнетрывалыя гаршкі, якія, у сваю чаргу, змяшчаюць у шклаварнай печ. У склад шыхты можа ўваходзіць да 40% адходаў шкла, важным момантам з'яўляецца адпаведнасць складу шклабою і Варачы шкла. Стекломассу падчас варэння бесперапынна змешваецца з дапамогай лапаткі з керамікі або плаціны. Такім чынам дасягаецца аднастайнае стан.

Перыядычна расплаў бярэцца на пробу, па якім кантралюецца якасць. Важным этапам варэння з'яўляецца асвятленне: у стекломассу з рэчываў-асвятляльнікаў, першапачаткова дададзеных у склад шыхты, пачынаецца вылучэнне істотнага колькасці газаў. Утвараюцца буйныя бурбалкі, якія хутка падымаюцца, захопліваючы пры гэтым больш дробныя бурбалкі, непазбежна ўтвараюцца ў працэсе варэння.

У завяршэнне гаршкі здабываюцца з печы, пасля чаго павольна астываюць. Астуджэнне, запаволенае адмысловымі прыёмамі, можа доўжыцца да васьмі дзён. Яно павінна быць раўнамерным, інакш у масе могуць ўтварыцца механічныя напружання, якія выклікаюць расколіны.

ўласцівасці

Аптычнае шкло - гэта матэрыял для вытворчасці лінзаў. Яны, у сваю чаргу, падзяляюцца па выглядзе на якія збіраюць і рассейвалыя. Да якія збіраюць ставіцца дваякапукатую і плосковыпуклая лінза, а таксама ўвагнутай-выпуклая, якая носіць назву "станоўчы меніск".

Аптычнае шкло валодае побач характарыстык:

• паказчыкам праламлення, вызначаецца двума спектральнымі лініямі, якія называюцца натрыевым дублеты;
• сярэдняй дысперсіяй, пад якой разумеюць рознасць праламлення чырвонай і сіні ліній спектру;
• каэфіцыентам дысперсіі - лікам, задаваць суадносінамі сярэдняй дысперсіі і праламлення.

Каляровае аптычныя шкло выкарыстоўваецца для вытворчасці абсарбцыйныя святлафільтраў. У залежнасці ад матэрыялу адрозніваюць тры асноўных выгляду аптычных шклоў:

• неарганічнае;
• аргшкла (арганіка);
• мінеральна-арганічнае.

У склад неарганічнага шкла ўваходзяць аксіды і фтарыды. Кварцавае аптычнае шкло таксама ставіцца да неарганічным (хімічная формула SiO _2). Кварц валодае невялікім праламлення і высокім паказчыкам святлопрапускання, яму ўласцівая тэрмаўстойлівасць. Шырокі дыяпазон празрыстасці дазваляе выкарыстоўваць яго ў сучасных тэлекамунікацыях (оптавалакновыя кабелі і іншае), таксама сілікатнае шкло з'яўляецца незаменным пры вырабе аптычных лінзаў, напрыклад, з кварца робяць павелічальнае шкло.

На аснове крэмнія

Празрыстае сілікатнае шкло можа быць як аптычным, так і тэхнічным. Аптычнае вырабляюць шляхам плаўкі горнага крышталя, толькі так атрымліваецца цалкам аднастайная структура. У непразрыстых шкле за колер адказваюць маленькія бурбалкі газу ўнутры матэрыялу.

Акрамя кварцавага шкла на базе крэмнію вырабляецца і так званае крамянёвая шкло, якое, нягледзячы на падобную базу, мае іншыя аптычныя ўласцівасці. Крамянёвыя элементы здольныя пераламляць Х-прамяні і прапускаць інфрачырвонае выпраменьванне.

арганічнае шкло

Так званае аргшкла вырабляецца на аснове сінтэтычнага палімернага матэрыялу. Гэты празрысты і цвёрды матэрыял ставіцца да тэрмапластаў і нярэдка ўжываецца як замена кварцавага шкла. Аргшкла устойліва да многіх фактараў вонкавага асяроддзя, такім як падвышаная вільготнасць і нізкія тэмпературы, аднак яно значна мякчэй, а, такім чынам, больш адчувальныя да механічнага ўздзеяння. З-за мяккасьці арганічнае аптычнае шкло проста ў апрацоўцы - яго можа "ўзяць" нават самы просты інструмент для рэзкі металу.

Гэты матэрыял выдатна падыходзіць для лазернай апрацоўкі, на яго лёгка вырабіць узор або гравіроўку. Як лінза ён выдатна адлюстроўвае інфрачырвоныя прамяні, але прапускае ўльтрафіялет і рэнтгенаўскае выпраменьванне.

прымяненне

Аптычныя шкла шырока ўжываюць для вырабу лінзаў, якія, у сваю чаргу, выкарыстоўваюцца ў многіх аптычных сістэмах. Адзінкавая збірае лінза выкарыстоўваецца як павелічальнае шкло. У тэхніцы лінзы з'яўляюцца важнай або асноўнай часткай такіх сістэм як біноклі, аптычныя прыцэлы, мікраскопы, тэадаліта, тэлескопы, а таксама фотаапараты і відэатэхніка.

Не менш важныя аптычныя шкла для патрэб афтальмалогіі, бо без іх складана ці немагчыма выправіць недахопы гледжання (блізарукасць, астыгматызм, дальназоркасць, парушэнне акамадацыі і іншыя захворванні). Лінзы для ачкоў з дыёптрый могуць вырабляцца як з кварцавага шкла, так і з высакаякаснага пластыка.

астраномія

Аптычныя шкла з'яўляюцца важным і самым дарагім кампанентам любога тэлескопа. Шматлікія аматары самі збіраюць рэфрактар, для гэтага патрабуецца трохі, але самае галоўнае - плосковыпуклая шкляная лінза.

У пачатку пазамінулага стагоддзя на выраб адной магутнай астранамічнай лінзы, а дакладней на яе паліроўку, сыходзіла некалькі гадоў. Напрыклад, у 1982 году да мільянеру Чарльзу Йерксу звярнуўся кіраўнік чыкагскага універсітэта Вільям Харпер з просьбай прафінансаваць абсерваторыю. Йеркс ўклаў у яе каля трохсот тысяч долараў, прычым сорак тысяч сышло на куплю лінзы для самога магутнага на той момант тэлескопа на планеце. Абсерваторыю назвалі ў гонар фінансіста Йеркса, і да гэтага часу гэты рэфрактар з дыяметрам аб'ектыва 102 см лічыцца самым вялікім у свеце.

Тэлескопы з вялікім дыяметрам з'яўляюцца рэфлектарамі, у ім люстэрка з'яўляецца светособирающим элементам.

Існуе яшчэ адзін тып лінзаў, якія выкарыстоўваюцца як у астраноміі, так і ў афтальмалогіі - шкло з выпукла-ўвагнутымі паверхнямі, якое называецца меніскам. Яно можа быць двух тыпаў: рассейваць і якія збіраюць. У рассейваць меніску крайняя частка тоўшчы цэнтральнай, а ў які збірае больш тонкай з'яўляецца цэнтральная частка.