Оптичне скло - це спеціальним чином виготовлене прозоре скло, яке використовується в якості деталей для оптичних приладів. Воно відрізняється від звичайного чистотою і підвищеної прозорістю, однорідністю і безбарвністю. Також в ньому строго нормовані дисперсія і заломлююча здатність. Дотримання таких вимог підвищує складність і вартість виробництва.

Історія

Можна знайти безліч прикладів побутового застосування лінз, наприклад, лупа - звичайне збільшувальне скло - допоможе створити невеликий проектор з звичайного смартфона, однак оптичні скла з'явилися не так давно.


Лінзи відомі з давнини, але першу серйозну спробу створити скло, схожий на той, що застосовується в сучасних приладах, можна віднести до XVII століття. Так, німецький хімік Кункель в одному зі своїх праць згадував про фосфорної і борної кислоти, що входять до компонент скла. Також він говорив про боросиликатном кроні, який близький до деяким сучасним матеріалам за складом. Це можна назвати першим вдалим досвідом у виробництві скла, що володіє певними оптичними властивостями і достатнім ступенем фізичної і хімічної однорідності.

У промисловості

Виготовлення оптичних стекол в промислових масштабах почалося на початку XIX століття. Швейцарець Гиан спільно з Фраунгофера впровадили на одному із заводів в Баварії відносно стабільний спосіб отримання такого скла. Запорукою успіху став прийом перемішування розплаву за допомогою кругових рухів вертикально зануреного в скло глиняного стрижня. В результаті, можна було отримувати оптичне скло задовільної якості, діаметром до 250 мм

Сучасне виробництво

В отриманні кольорових оптичних стекол використовуються добавки речовин з вмістом міді, селену, золота, срібла та інших металів. Варіння відбувається з шихти. Її завантажують в вогнетривкі горщики, які, в свою чергу, поміщають в стекловаренную піч. До складу шихти може входити до 40% відходів скла, важливим моментом є відповідність складу склобою і вариться скла. Скломаса під час варіння безперервно перемішується за допомогою лопатки з кераміки або платини. Таким чином досягається однорідне стан. Періодично розплав береться на пробу, за яким контролюється якість. Важливим етапом варіння є освітлення: у скломасі з речовин-освітлювачів, спочатку доданих до складу шихти, починається виділення значної кількості газів. Утворюються великі бульбашки, які швидко піднімаються, захоплюючи при цьому більш дрібні бульбашки, які неминуче утворюються в процесі варіння. На завершення горщики витягають з печі, після чого повільно остигають. Охолодження, уповільнене спеціальними прийомами, може тривати до восьми днів. Воно повинне бути рівномірним, інакше в масі можуть утворитися механічні напруги, які викликають тріщини.

Властивості

Оптичне скло - це матеріал для виробництва лінз. Вони, у свою чергу, розділяються по виду на збирають і розсіюють. До збирає відноситься двояковипуклая і плосковипуклая лінза, а також вогнуто-опукла, що носить назву "позитивний меніск".
Оптичне скло володіє рядом характеристик:

показником заломлення, що визначається двома спектральними лініями, які називаються натрієвих дублетом;

середній дисперсією, під якою розуміють різницю заломлення червоній і синій ліній спектра;

коефіцієнт дисперсії - числом, що задається співвідношенням середньої дисперсії і заломлення.

Кольорове оптичні скло використовується для виробництва абсорбційних світлофільтрів. В залежності від матеріалу розрізняють три основні види оптичних стекол:

неорганічне;

оргскло (органіка);

мінерально-органічне.

До складу неорганічного скла входять оксиди і фториди. Кварцове оптичне скло теж відноситься до неорганічних (хімічна формула SiO 2 ). Кварц володіє невеликим заломленням і високим показником світлопропускання, йому властива термостійкість. Широкий діапазон прозорості дозволяє використовувати його в сучасних телекомунікації (оптоволоконні кабелі та інше), також силікатне скло є незамінним при виготовленні оптичних лінз, наприклад, з кварцу роблять збільшувальне скло.

На основі кремнію

Прозоре силікатне скло може бути як оптичними, так і технічних. Оптичне виготовляють шляхом плавки гірського кришталю, тільки так виходить повністю однорідна структура. В непрозорих стеклах за колір відповідають маленькі бульбашки газу всередині матеріалу. Крім кварцового скла на базі кремнію виробляється і так зване кремнієве скло, яке, незважаючи на схожу базу, має інші оптичні властивості. Кремнієві елементи здатні заломлювати Х-промені і пропускати інфрачервоне випромінювання.

Органічне скло

Так зване оргскло проводиться на основі синтетичного полімерного матеріалу. Цей прозорий і твердий матеріал відноситься до термопластів і нерідко застосовується як заміна кварцового скла. Оргскло стійко до багатьох факторів зовнішнього середовища, таких як підвищена вологість і низькі температури, однак воно набагато м'якше, а, отже, чутливіші до механічного впливу. Зважаючи м'якості органічне оптичне скло просто в обробці його може "взяти" навіть самий простий інструмент для різання металу.
Цей матеріал відмінно підходить для лазерної обробки, на нього легко нанести візерунок або гравіювання. Як лінза він відмінно відображає інфрачервоні промені, але пропускає ультрафіолет і рентгенівське випромінювання.

Застосування

Оптичні скла широко застосовують для виготовлення лінз, які, в свою чергу, використовуються в багатьох оптичних системах. Одиночна збираюча лінза використовується як збільшувальне скло. В техніці лінзи є важливою або основною частиною таких систем як біноклі, оптичні приціли, мікроскопи, теодоліти, прилади, а також фото-та відеотехніка. Не менш важливі оптичні скла для потреб офтальмології, адже без них складно або неможливо виправити вади зору (короткозорість, астигматизм, далекозорість, порушення акомодації та інші захворювання). Лінзи для окулярів з діоптріями можуть проводитися як з кварцового скла, так і з високоякісного пластику.

Астрономія

Оптичні скла є важливим і найбільш дорогим компонентом будь-якого телескопа. Багато любителі самі збирають рефрактори, для цього потрібно небагато, але найголовніше - плосковипуклая скляна лінза. На початку позаминулого століття на виготовлення однієї потужної астрономічної лінзи, а точніше на її полірування, йшло кілька років. Наприклад, в 1982 році до мільйонера Чарльза Йерксу звернувся голова чиказького університету Вільям Харпер з проханням профінансувати обсерваторію. Єркс вклав у неї близько трьохсот тисяч доларів, причому сорок тисяч пішло на купівлю лінзи для самого потужного на той момент телескопа на планеті. Обсерваторію назвали в честь фінансиста Йєркса, і досі цей рефрактор з діаметром об'єктива 102 см вважається найбільшим у світі. Телескопи з великим діаметром є рефлекторами, в ньому дзеркало є светособирающим елементом. Існує ще один тип лінз, використовуються як в астрономії, так і в офтальмології - скло з опукло-увігнутими поверхнями, яке називається меніском. Воно може бути двох типів: розсіюючим і збирає. У розпорошуватися меніску крайня частина товщі центральної, а у збирає більш тонкої є центральна частина.