Оптические характеристики материалов для изготовления оптических деталей
УО БГУИР
Факультет компьютерного проектирования
Кафедра электронной техники и технологии
РЕФЕРАТ
на тему:
«ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ»
МИНСК, 2008
1.ОПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО
Основным материалом для изготовления оптических деталей служит оптическое стекло, которое отличается от технического высокой степенью однородности, химическим составом и физическими свойствами. Стекло устойчиво по отношению к действию углекислоты, хорошо сохраняет форму и легко обрабатывается.
Основную часть большинства марок стекла составляет кремнезем SiO2. Стекло из чистого плавленого кремнезема – кварцевое стекло – хорошо пропускает ультрафиолетовые лучи, обладает жаропрочностью и высокой твердостью, варится при температуре около 2000°С. Добавляя к кремнезему окислы натрия и кальция, можно снизить температуру варки. Стекло, имеющее в составе 65% SiO2, 35% Na2O, может быть сварено при температуре ~1400°С, но оно неустойчиво и быстро разрушается. Более устойчивое техническое стекло, состоящее из 75% SiO2, 15% Na2O и 10% CaO, может быть сварено при t=1450°C. Чтобы получить еще более устойчивое прочное стекло, в состав добавляют окислы калия, магния и алюминия, в результате получают стекло типа крон. Показатель преломления и дисперсию стекла изменяют, добавляя кислородные соединения фосфора – фосфорный ангидрид и соли фосфорной кислоты, окислы бора и бария, получая баритовые и тяжелые кроны. Сильно увеличивает показатель преломления и дисперсию стекла окись свинца: ее вводят до 15% в кронфлинты и более 40% в тяжелые флинты.
Получили распространение новые марки стекла, в состав которых входят окислы редких металлов (лантана, тантала, церия и др.). Лантановые стекла (СТК) имеют большой показатель преломления и небольшую дисперсию. Стекла с окислами таллия (СТФ), наоборот, имеют большой показатель преломления и большую дисперсию.
Все стекла делятся на два вида – стекло крон с небольшими показателями преломления и дисперсией и стекло флинт с большими показателями преломления и дисперсией. Резкой границы между ними нет; эти два вида стекол делятся на типы и на марки стекол, в название которых входит сокращенное название типа стекол и порядковый номер (табл.1). Марка стекла определяется показателем преломления , и средней дисперсией , или коэффициентом средней дисперсии
.
Таблица 1
|
Тип стекла |
Марка стекла |
||
|
Легкие кроны ЛК |
ЛК6 |
1,4704 |
66,8 |
|
Фосфатные кроны ФК |
ФК1 |
1,5176 |
69,6 |
|
Кроны К |
К8 |
1,5163 |
64,1 |
|
Баритовые кроны БК |
БК6 |
1,5399 |
59,7 |
|
Тяжелые кроны ТК |
ТК16 |
1,6126 |
58,3 |
|
|
ТК21 |
1,6568 |
51,1 |
|
Сверхтяжелые кроны СТК |
СТК9 |
1,7424 |
50,2 |
|
Кронфлинты КФ |
КФ7 |
1,5170 |
51,4 |
|
Легкие флинты ЛФ |
ЛФ6 |
1,5749 |
41,3 |
|
Флинты Ф |
Ф1 |
1,6128 |
36,9 |
|
Баритовые флинты БФ |
БФ25 |
1,6079 |
46,2 |
|
Тяжелые флинты ТФ |
ТФ5 |
1,7550 |
27,5 |
|
Сверхтяжелые флинты СТФ |
СТФ1 |
20,361 |
18,1 |
|
Особые флинты ОФ |
ОФ1 |
1,5294 |
51,8 |
Таблица 2
|
Цвет |
Красный |
Желтый |
Зеленый |
||||||
|
Обозначение линии Фраунгофера |
А |
С |
D |
d |
e |
||||
|
Длина волны в мкм |
768 |
656,3 |
589,3 |
587,6 |
546,1 |
||||
|
Химический элемент, в спектре которого имеется эта линия |
Калий К |
Водород H |
Натрий Na |
Гелий He |
Ртуть Hg |
||||
|
Цвет |
Голубой |
Синий |
Фиолетовый |
Ультрафиолетовый |
|||||
|
Обозначение линии Фраунгофера |
F |
g |
G |
h |
- |
||||
|
Длина волны в мкм |
486,1 |
435,8 |
434,1 |
404,7 |
365,0 |
||||
|
Химический элемент, в спектре которого имеется эта линия |
Водород H |
Ртуть Hg |
Водород H |
Ртуть Hg |
Ртуть Hg |
||||
Показатели преломления измеряются для определенных цветов (длин волн), указанных в ГОСТах и нормалях (табл.2).
Характеристики стекла представлены на диаграмме.
Стекловаренные заводы поставляют оптическое стекло в соответствии с требованиями чертежей и ГОСТа 3514 “Стекло оптическое бесцветное”. В зависимости от веса заготовок гарантируемые категории и классы по пузыристости и светопоглощению указаны в табл.11 ГОСТа 3514.
Флинты более прозрачны, чем кроны. Только стекла К8, БК10, Ф1 и Ф4 по светопоглощению поставляются 00 категории. Более простые по составу стекла ЛК3, ЛК4, КФ4, КФ6, К3, К8, БК6, БК10, ЛФ5, ЛК5 начинают пропускать близкую ультрафиолетовую часть с длиной волны 320-330 нм. Тяжелые кроны начинают пропускать лучи с длиной волны более 360 нм, а тяжелые флинты – более 370 нм. В инфракрасной области спектра все стекла пропускают хорошо до длины волны 2700 нм при толщине 10 нм и до 4500 нм – при толщине 1 нм. При облучении стекла гамма-лучами темнеет заметно в фиолетовой и менее заметно в инфракрасной области спектра. Стекла со специальными добавками – сотые и двухсотые (К108, БК110, К208, БК210 и др.) темнеют значительно меньше.
Стоимость оптического стекла высокая и сильно возрастет при строгих требованиях к пузыристости и светопоглощению, поэтому они должны предъявляться только при необходимости. Заготовки из оптического стекла поставляются лишь в том случае, если толщина ее менее 1/15 диаметра.
При изменении температуры показатель преломления и размеры оптических деталей для каждой марки стекла изменяются различно, вследствие чего понижается качество изображения и изменяются характеристики оптической системы.
Коэффициент линейного расширения большинства марок стекла α=7590*10-7, Ф8 имеет α=100*10-7, ЛК5 – 33*10-7 и ЛК7 – 40*20-7.
Для изготовления защитных стекол и призм применяются беспузырные, химически устойчивые, прозрачные и простые по составу марки стекол К8, БК10 и только при заметных колебаниях температуры – ЛК5 и ЛК3, уменьшающие расстройства системы. Для зеркал употребляются только К8, а для более точных зеркал – Лк5, ЛК7 и ситалл.
Для сеток, изготовляемых фотографическим способом, применяется стекло К8, а для сеток, изготовляемых травлением – БК10 или Ф8, имеющие почти такой же коэффициент линейного расширения, как и сталь.
Для крупных объективов коллиматоров и астрономических приборов используются простые стекла К8, Ф1, Ф2, ТК16, а для сложных окуляров и фотообъективов – различные марки стекла с весьма разнообразными свойствами.
Страницы: 1, 2
