Το Οπτικό γυαλί είναι ένα ειδικά κατασκευασμένο διαφανές γυαλί που χρησιμοποιείται ως εξαρτήματα για οπτικά όργανα. Διαφέρει από τη συνήθη καθαρότητα και αυξημένη διαφάνεια, ομοιομορφία και άχρωμο. Επίσης ομαλοποιεί αυστηρά τη διασπορά και τη διαθλαστική ισχύ. Η συμμόρφωση με τέτοιες απαιτήσεις αυξάνει την πολυπλοκότητα και το κόστος παραγωγής.
Ιστορία
Μπορείτε να βρείτε πολλά παραδείγματα καθημερινής χρήσης φακών, για παράδειγμα, ένας μεγεθυντικός φακός είναι ένας συνηθισμένος μεγεθυντικός φακός - θα σας βοηθήσει να δημιουργήσετε έναν μικρό προβολέα από ένα συνηθισμένο smartphone, αλλά τα οπτικά γυαλιά εμφανίστηκαν όχι πολύ καιρό πριν.
Οι φακοί ήταν γνωστοί από την αρχαιότητα, αλλά η πρώτη σοβαρή προσπάθεια δημιουργίας γυαλιού παρόμοιου με αυτό που χρησιμοποιείται στις σύγχρονες συσκευές εντοπίζεται στον 17ο αιώνα. Έτσι, ο Γερμανός χημικός Kunkel σε ένα από τα έργα του ανέφερε τα φωσφορικά και βορικά οξέα, τα οποία αποτελούν μέρος του γυαλιού. Μίλησε επίσης για το βοριοπυριτικό στέμμα, το οποίο είναι κοντά σε κάποια σύγχρονα υλικά ως προς τη σύνθεση. Αυτή μπορεί να ονομαστεί η πρώτη επιτυχημένη εμπειρία στην παραγωγή γυαλιού με ορισμένες οπτικές ιδιότητες και επαρκή βαθμόφυσική και χημική ομοιογένεια.
Στη βιομηχανία
Η παραγωγή οπτικών γυαλιών σε βιομηχανική κλίμακα ξεκίνησε στις αρχές του 19ου αιώνα. Η Ελβετική Gian, μαζί με την Fraunhofer, εισήγαγαν μια σχετικά σταθερή μέθοδο για την παραγωγή τέτοιου γυαλιού σε ένα από τα εργοστάσια στη Βαυαρία. Το κλειδί της επιτυχίας ήταν η τεχνική της ανάμειξης του τήγματος με τη βοήθεια κυκλικών κινήσεων μιας πήλινης ράβδου κάθετα βυθισμένης στο γυαλί. Ως αποτέλεσμα, κατέστη δυνατή η απόκτηση οπτικού γυαλιού ικανοποιητικής ποιότητας, διαμέτρου έως 250 mm.
Σύγχρονη παραγωγή
Στην παραγωγή έγχρωμων οπτικών γυαλιών χρησιμοποιούνται πρόσθετα ουσιών που περιέχουν χαλκό, σελήνιο, χρυσό, ασήμι και άλλα μέταλλα. Το μαγείρεμα προέρχεται από τη χρέωση. Φορτώνεται σε πυρίμαχα δοχεία, τα οποία με τη σειρά τους τοποθετούνται σε γυάλινο κλίβανο. Η σύνθεση της γόμωσης μπορεί να περιλαμβάνει έως και 40% απορριμμάτων γυαλιού, ένα σημαντικό σημείο είναι η συμμόρφωση της σύνθεσης του υαλοπίνακα και της τήξης γυαλιού. Η γυάλινη μάζα κατά το μαγείρεμα αναμιγνύεται συνεχώς με μια σπάτουλα από κεραμικό ή πλατίνα. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται μια ομοιόμορφη κατάσταση.
Περιοδικά, το τήγμα λαμβάνεται για δείγμα, το οποίο ελέγχει την ποιότητα. Ένα σημαντικό στάδιο τήξης είναι η διαύγαση: στη γυάλινη μάζα, η απελευθέρωση σημαντικής ποσότητας αερίων ξεκινά από τις διαυγαστικές ουσίες που προστέθηκαν αρχικά στο μείγμα. Σχηματίζονται μεγάλες φυσαλίδες και ανεβαίνουν γρήγορα, παγιδεύοντας τις μικρότερες φυσαλίδες που αναπόφευκτα σχηματίζονται κατά τη διαδικασία παρασκευής.
Τέλος, οι κατσαρόλες αφαιρούνται από τον φούρνο και μετάκρυώσει αργά. Η ψύξη, που επιβραδύνεται με ειδικές τεχνικές, μπορεί να διαρκέσει έως και οκτώ ημέρες. Πρέπει να είναι ομοιόμορφο, διαφορετικά μπορεί να δημιουργηθούν μηχανικές καταπονήσεις στη μάζα, οι οποίες προκαλούν ρωγμές.
Ιδιότητες
Το οπτικό γυαλί είναι ένα υλικό για την παραγωγή φακών. Αυτοί, με τη σειρά τους, χωρίζονται ανά τύπο σε συλλεκτικά και διασκορπισμένα. Οι συλλεκτικοί φακοί περιλαμβάνουν αμφίκυρτους και επίπεδο-κυρτούς φακούς, καθώς και κοίλους-κυρτούς, που ονομάζονται "θετικός μηνίσκος".
Το οπτικό γυαλί έχει μια σειρά από χαρακτηριστικά:
- δείκτης διάθλασης που προσδιορίζεται από δύο φασματικές γραμμές που ονομάζονται διπλή νατρίου;
- μέση διασπορά, η οποία νοείται ως η διαφορά μεταξύ της διάθλασης των κόκκινων και μπλε γραμμών του φάσματος;
- συντελεστής διασποράς - ένας αριθμός που δίνεται από τον λόγο της μέσης διασποράς και της διάθλασης.
Το έγχρωμο οπτικό γυαλί χρησιμοποιείται για την παραγωγή φίλτρων απορρόφησης. Ανάλογα με το υλικό, υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι οπτικών γυαλιών:
- ανόργανο;
- πλεξιγκλάς (βιολογικό);
- ορυκτο-οργανικό.
Το ανόργανο γυαλί περιέχει οξείδια και φθόριο. Το οπτικό γυαλί χαλαζία ανήκει επίσης στο ανόργανο (χημικός τύπος SiO2). Ο χαλαζίας έχει χαμηλή διάθλαση και υψηλή μετάδοση φωτός, χαρακτηρίζεται από αντοχή στη θερμότητα. Ένα ευρύ φάσμα διαφάνειας επιτρέπει τη χρήση του στο σύγχρονοτηλεπικοινωνίες (καλώδια οπτικών ινών κ.λπ.), επίσης το πυριτικό γυαλί είναι απαραίτητο για την κατασκευή οπτικών φακών, για παράδειγμα, ένας μεγεθυντικός φακός είναι κατασκευασμένος από χαλαζία.
Βασισμένο σε πυρίτιο
Το διαφανές πυριτικό γυαλί μπορεί να είναι οπτικό και τεχνικό. Το οπτικό κατασκευάζεται με την τήξη κρυστάλλου βράχου, μόνο με αυτόν τον τρόπο προκύπτει μια εντελώς ομοιογενής δομή. Στα αδιαφανή ποτήρια, μικρές φυσαλίδες αερίου μέσα στο υλικό είναι υπεύθυνες για το χρώμα.
Εκτός από το γυαλί χαλαζία με βάση το πυρίτιο, παράγεται και το λεγόμενο γυαλί πυριτίου, το οποίο, παρά την παρόμοια βάση, έχει διαφορετικές οπτικές ιδιότητες. Τα κύτταρα πυριτίου είναι σε θέση να διαθλούν τις ακτίνες Χ και να μεταδίδουν υπέρυθρη ακτινοβολία.
Οργανικό ποτήρι
Το λεγόμενο plexiglass κατασκευάζεται με βάση ένα συνθετικό πολυμερές υλικό. Αυτό το διαφανές και σκληρό υλικό ανήκει στα θερμοπλαστικά και χρησιμοποιείται συχνά ως αντικατάσταση του γυαλιού χαλαζία. Το πλεξιγκλάς είναι ανθεκτικό σε πολλούς περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως η υψηλή υγρασία και οι χαμηλές θερμοκρασίες, αλλά είναι πολύ πιο μαλακό και, επομένως, πιο ευαίσθητο στις μηχανικές καταπονήσεις. Λόγω της απαλότητάς του, το οργανικό οπτικό γυαλί είναι εύκολο στην επεξεργασία - ακόμη και το πιο απλό εργαλείο κοπής μετάλλων μπορεί να το "πάρει".
Αυτό το υλικό είναι εξαιρετικό για επεξεργασία με λέιζερ και είναι εύκολο στο σχέδιο ή το χάραξη. Ως φακός, αντανακλά τέλεια τις υπέρυθρες ακτίνες, αλλάμεταδίδει υπεριώδεις ακτίνες και ακτίνες Χ.
Αίτηση
Τα οπτικά γυαλιά χρησιμοποιούνται ευρέως για την κατασκευή φακών, οι οποίοι, με τη σειρά τους, χρησιμοποιούνται σε πολλά οπτικά συστήματα. Ένας μόνο συγκλίνοντας φακός χρησιμοποιείται ως μεγεθυντικός φακός. Στην τεχνολογία, οι φακοί αποτελούν σημαντικό ή κύριο μέρος τέτοιων συστημάτων όπως τα κιάλια, τα οπτικά σκοπευτικά, τα μικροσκόπια, οι θεοδόλιοι, τα τηλεσκόπια, καθώς και οι κάμερες και ο εξοπλισμός βίντεο.
Τα οπτικά γυαλιά δεν είναι λιγότερο σημαντικά για τις ανάγκες της οφθαλμολογίας, γιατί χωρίς αυτά είναι δύσκολο ή αδύνατο να διορθωθούν τα προβλήματα όρασης (μυωπία, αστιγματισμός, υπερμετρωπία, διαταραχή διαμονής και άλλες ασθένειες). Οι φακοί γυαλιών γυαλιών με διόπτρες μπορούν να κατασκευαστούν τόσο από γυαλί χαλαζία όσο και από πλαστικό υψηλής ποιότητας.
Αστρονομία
Τα οπτικά γυαλιά είναι ένα σημαντικό και πιο ακριβό εξάρτημα οποιουδήποτε τηλεσκοπίου. Πολλοί χομπίστες συναρμολογούν τους δικούς τους διαθλαστές, απαιτούν λίγα, αλλά το πιο σημαντικό πράγμα είναι ένας επίπεδος-κυρτός γυάλινος φακός.
Στις αρχές του προηγούμενου αιώνα, χρειάστηκαν αρκετά χρόνια για να κατασκευαστεί ένας ισχυρός αστρονομικός φακός, ή μάλλον να γυαλιστεί. Για παράδειγμα, το 1982, ο επικεφαλής του Πανεπιστημίου του Σικάγο, Γουίλιαμ Χάρπερ, προσέγγισε τον εκατομμυριούχο Τσαρλς Γιέρκες ζητώντας τη χρηματοδότηση του αστεροσκοπείου. Ο Yerkes επένδυσε περίπου τριακόσιες χιλιάδες δολάρια σε αυτό, με σαράντα χιλιάδες ξοδεύτηκαν για την αγορά ενός φακού για το πιο ισχυρό τηλεσκόπιο στον πλανήτη εκείνη την εποχή. Το αστεροσκοπείο πήρε το όνομά του από τον χρηματοδότη Yerkes, και μέχρι τώρα αυτός ο διαθλαστής με διάμετρο φακού 102cm θεωρείται το μεγαλύτερο στον κόσμο.
Τα τηλεσκόπια με μεγάλη διάμετρο είναι ανακλαστήρες, στους οποίους ο καθρέφτης είναι στοιχείο συλλογής φωτός.
Υπάρχει ένας άλλος τύπος φακού που χρησιμοποιείται τόσο στην αστρονομία όσο και στην οφθαλμολογία - γυαλί με κυρτές-κοίλες επιφάνειες, που ονομάζεται μηνίσκος. Μπορεί να είναι δύο τύπων: διασπορά και συλλογή. Στον μηνίσκο διασποράς, το ακραίο τμήμα είναι παχύτερο από το κεντρικό και στον συλλεκτικό μηνίσκο, το κεντρικό τμήμα είναι πιο λεπτό.
