Optiskais stikls ir īpaši izgatavots caurspīdīgs stikls, ko izmanto kā optisko instrumentu daļas. Tas atšķiras no parastās tīrības un palielinātas caurspīdīguma, viendabīguma un bezkrāsas. Tas arī stingri normalizē izkliedi un refrakcijas spēju. Atbilstība šādām prasībām palielina ražošanas sarežģītību un izmaksas.
Vēsture
Var atrast daudz piemēru objektīvu lietošanai ikdienā, piemēram, palielināmais stikls ir parasts palielināmais stikls - palīdzēs izveidot nelielu projektoru no parasta viedtālruņa, bet optiskās brilles parādījās ne tik sen.
Lēcas ir zināmas kopš senatnes, taču pirmais nopietnais mēģinājums radīt stiklu, kas līdzīgs mūsdienu ierīcēs izmantotajam, ir meklējams 17. gadsimtā. Tātad vācu ķīmiķis Kunkels vienā no saviem darbiem pieminēja fosfora un borskābes, kas ir daļa no stikla sastāvdaļas. Viņš runāja arī par borsilikāta vainagu, kas sastāva ziņā ir tuvs dažiem mūsdienu materiāliem. Šo var saukt par pirmo veiksmīgo pieredzi stikla ražošanā ar noteiktām optiskām īpašībām un pietiekamu tā pakāpifizikālā un ķīmiskā viendabība.
Nozarē
Optisko stiklu ražošana rūpnieciskā mērogā sākās 19. gadsimta sākumā. Swiss Gian kopā ar Fraunhofer vienā no Bavārijas rūpnīcām ieviesa samērā stabilu metodi šāda stikla ražošanai. Panākumu atslēga bija kausējuma sajaukšanas tehnika ar vertikāli stiklā iegremdēta māla stieņa apļveida kustībām. Rezultātā bija iespējams iegūt apmierinošas kvalitātes optisko stiklu līdz 250 mm diametrā.
Mūsdienu ražošana
Krāsaino optisko stiklu ražošanā izmanto varu, selēnu, zeltu, sudrabu un citus metālus saturošu vielu piedevas. Ēdienu gatavošana nāk no maksas. To iekrauj ugunsizturīgos podos, kurus savukārt ievieto stikla krāsnī. Lādiņa sastāvā var ietilpt līdz 40% stikla atkritumu, svarīgs punkts ir stikla lausku un kūstošā stikla sastāva atbilstība. Stikla masa gatavošanas laikā tiek nepārtraukti sajaukta ar lāpstiņu, kas izgatavota no keramikas vai platīna. Tādā veidā tiek panākts viendabīgs stāvoklis.
Periodiski kausējums tiek ņemts paraugam, kas kontrolē kvalitāti. Svarīgs kausēšanas posms ir dzidrināšana: stikla masā ievērojama daudzuma gāzu izdalīšanās sākas no dzidrināšanas vielām, kuras sākotnēji tika pievienotas maisījumam. Lieli burbuļi veidojas un ātri paceļas, aizturot mazākos burbuļus, kas neizbēgami veidojas alus pagatavošanas procesā.
Beidzot katli tiek izņemti no krāsns, pēc tamlēnām atdzesējiet. Atdzesēšana, palēnināta ar īpašiem paņēmieniem, var ilgt līdz astoņām dienām. Tam jābūt vienmērīgam, pretējā gadījumā masā var veidoties mehāniski spriegumi, kas rada plaisas.
Properties
Optiskais stikls ir materiāls lēcu ražošanai. Tie savukārt ir sadalīti pēc veida savākšanas un izkliedēšanas. Savācējlēcas ietver abpusēji izliektas un plakaniski izliektas lēcas, kā arī ieliektas-izliektas lēcas, ko sauc par "pozitīvo menisku".
Optiskajam stiklam ir vairākas īpašības:
- refrakcijas indekss, ko nosaka divas spektrālās līnijas, ko sauc par nātrija dubletu;
- vidējā dispersija, kas tiek saprasta kā atšķirība starp spektra sarkano un zilo līniju laušanu;
- dispersijas koeficients - skaitlis, ko nosaka vidējās dispersijas un laušanas attiecība.
Absorbcijas filtru ražošanai tiek izmantots krāsains optiskais stikls. Atkarībā no materiāla ir trīs galvenie optisko stiklu veidi:
- neorganiska;
- plexiglass (bioloģisks);
- mineral-organic.
Neorganiskais stikls satur oksīdus un fluorīdus. Kvarca optiskais stikls pieder arī neorganiskajam (ķīmiskā formula SiO2). Kvarcam ir zema refrakcija un augsta gaismas caurlaidība, to raksturo karstumizturība. Plašs caurspīdīguma klāsts ļauj to izmantot mūsdienutelekomunikācijas (optiskās šķiedras kabeļi u.c.), arī silikātstikls ir neaizstājams optisko lēcu ražošanā, piemēram, palielināmo stiklu izgatavo no kvarca.
Pamatojoties uz silīciju
Caurspīdīgs silikāta stikls var būt gan optisks, gan tehnisks. Optiskais tiek izgatavots, kausējot kalnu kristālu, tikai tādā veidā tiek iegūta pilnīgi viendabīga struktūra. Necaurspīdīgās brillēs par krāsu ir atbildīgi mazi gāzes burbuļi materiāla iekšpusē.
Papildus kvarca stiklam uz silīcija bāzes tiek ražots arī tā sauktais silīcija stikls, kuram, neskatoties uz līdzīgu pamatni, ir atšķirīgas optiskās īpašības. Silīcija šūnas spēj lauzt rentgenstarus un pārraidīt infrasarkano starojumu.
Organiskais stikls
Tā sauktais organiskais stikls ir izgatavots uz sintētiska polimērmateriāla bāzes. Šis caurspīdīgais un cietais materiāls pieder pie termoplastikas un bieži tiek izmantots kā kvarca stikla aizstājējs. Plexiglas ir izturīgs pret daudziem vides faktoriem, piemēram, augstu mitrumu un zemu temperatūru, taču tas ir daudz mīkstāks un līdz ar to arī jutīgāks pret mehānisko spriegumu. Pateicoties tā maigumam, organiskais optiskais stikls ir viegli apstrādājams – to var "paņemt" pat visvienkāršākais metāla griezējinstruments.
Šis materiāls ir lieliski piemērots lāzera apstrādei, un to ir viegli veidot vai iegravēt. Kā objektīvs lieliski atstaro infrasarkanos starus, betpārraida ultravioletos un rentgena starus.
Pieteikums
Optiskās brilles plaši izmanto lēcu ražošanā, kuras, savukārt, izmanto daudzās optiskajās sistēmās. Kā palielināmais stikls tiek izmantots viens saplūstošs objektīvs. Tehnoloģijās lēcas ir svarīga vai galvenā tādu sistēmu sastāvdaļa kā binokļi, optiskie tēmēkļi, mikroskopi, teodolīti, teleskopi, kā arī kameras un videoiekārtas.
Optiskās brilles ir ne mazāk svarīgas oftalmoloģijas vajadzībām, jo bez tām ir grūti vai neiespējami koriģēt redzes traucējumus (tuvredzība, astigmatisms, tālredzība, akomodācijas traucējumi un citas slimības). Briļļu lēcas ar dioptrijām var izgatavot gan no kvarca stikla, gan augstas kvalitātes plastmasas.
Astronomija
Optiskie brilles ir svarīga un visdārgākā jebkura teleskopa sastāvdaļa. Daudzi hobiji paši montē refraktorus, tas prasa maz, bet pats galvenais ir plakani izliekta stikla lēca.
Aizpagājušā gadsimta sākumā viena jaudīga astronomiskā objektīva izgatavošana vai, pareizāk sakot, pulēšana prasīja vairākus gadus. Piemēram, 1982. gadā Čikāgas universitātes vadītājs Viljams Hārpers vērsās pie miljonāra Čārlza Jerkesa ar lūgumu finansēt observatoriju. Jerkess tajā ieguldīja aptuveni trīssimt tūkstošus dolāru, četrdesmit tūkstošus iztērējot, lai iegādātos objektīvu tā laika planētas jaudīgākajam teleskopam. Observatorija tika nosaukta finansista Jerkes vārdā, un līdz šim šis refraktors ar objektīva diametru 102cm tiek uzskatīts par lielāko pasaulē.
Teleskopi ar lielu diametru ir atstarotāji, kuros spogulis ir gaismu savācējs elements.
Ir cita veida lēcas, ko izmanto gan astronomijā, gan oftalmoloģijā - stikls ar izliektām-ieliektām virsmām, ko sauc par menisku. Tas var būt divu veidu: izkliedēšanas un savākšanas. Izkliedētajā meniskā galējā daļa ir biezāka par centrālo, bet savācošajā meniskā centrālā daļa ir plānāka.
