Optisch glas is een speciaal gemaakt transparant glas dat wordt gebruikt als onderdelen voor optische instrumenten. Het verschilt van de gebruikelijke zuiverheid en verhoogde transparantie, uniformiteit en kleurloosheid. Het normaliseert ook strikt de spreiding en het brekingsvermogen. Naleving van dergelijke vereisten verhoogt de complexiteit en productiekosten.
Geschiedenis
Je kunt veel voorbeelden vinden van het dagelijks gebruik van lenzen, een vergrootglas is bijvoorbeeld een gewoon vergrootglas - helpt je een kleine projector te maken van een gewone smartphone, maar optische glazen zijn nog niet zo lang geleden verschenen.
Lenzen zijn al sinds de oudheid bekend, maar de eerste serieuze poging om glas te maken dat lijkt op het glas dat in moderne apparaten wordt gebruikt, gaat terug tot de 17e eeuw. Dus de Duitse chemicus Kunkel noemde in een van zijn werken fosfor- en boorzuren, die deel uitmaken van de glascomponent. Hij sprak ook over een borosilicaatkroon, die qua samenstelling dicht bij sommige moderne materialen ligt. Dit kan de eerste succesvolle ervaring worden genoemd in de productie van glas met bepaalde optische eigenschappen en een voldoende mate vanfysische en chemische homogeniteit.
In de industrie
De productie van optische glazen op industriële schaal begon aan het begin van de 19e eeuw. Het Zwitserse Gian introduceerde samen met Fraunhofer een relatief stabiele methode om dergelijk glas te produceren in een van de fabrieken in Beieren. De sleutel tot succes was de techniek van het mengen van de smelt met behulp van cirkelvormige bewegingen van een kleistaaf verticaal ondergedompeld in glas. Als resultaat was het mogelijk om optisch glas van bevredigende kwaliteit te verkrijgen, met een diameter tot 250 mm.
Moderne productie
Bij de productie van gekleurde optische glazen worden additieven gebruikt van stoffen die koper, selenium, goud, zilver en andere metalen bevatten. Koken komt van de lading. Het wordt in vuurvaste potten geladen, die op hun beurt in een glasoven worden geplaatst. De samenstelling van de lading kan tot 40% glasafval bevatten, een belangrijk punt is de naleving van de samenstelling van glasscherven en smeltend glas. De glasmassa wordt tijdens het koken continu gemengd met een spatel van keramiek of platina. Op deze manier wordt een uniforme toestand bereikt.
Periodiek wordt de smelt genomen voor een monster, dat de kwaliteit controleert. Een belangrijke fase van het smelten is klaring: in de glasmassa begint het vrijkomen van een aanzienlijke hoeveelheid gassen vanaf de klaringsstoffen die aanvankelijk aan het mengsel werden toegevoegd. Grote bubbels vormen zich en stijgen snel op, waardoor de kleinere bubbels die zich onvermijdelijk vormen tijdens het brouwproces, worden gevangen.
Eindelijk worden de potten uit de oven gehaald, waarnalangzaam afkoelen. Afkoeling, vertraagd door speciale technieken, kan tot acht dagen duren. Het moet uniform zijn, anders kunnen er mechanische spanningen in de massa ontstaan, die scheuren veroorzaken.
Eigenschappen
Optisch glas is een materiaal voor de productie van lenzen. Ze zijn op hun beurt onderverdeeld naar type in verzamelen en verstrooien. Verzamellenzen omvatten biconvexe en plano-convexe lenzen, evenals concaaf-convex, de "positieve meniscus".
Optisch glas heeft een aantal kenmerken:
- brekingsindex bepaald door twee spectraallijnen, het natriumdoublet genoemd;
- gemiddelde dispersie, wat wordt opgevat als het verschil tussen de breking van de rode en blauwe lijnen van het spectrum;
- dispersiecoëfficiënt - een getal dat wordt gegeven door de verhouding tussen gemiddelde dispersie en breking.
Gekleurd optisch glas wordt gebruikt voor de productie van absorptiefilters. Afhankelijk van het materiaal zijn er drie hoofdtypen optische glazen:
- anorganisch;
- plexiglas (biologisch);
- mineraal-organisch.
Anorganisch glas bevat oxiden en fluoriden. Kwarts optisch glas behoort ook tot anorganisch (chemische formule SiO2). Kwarts heeft een lage breking en een hoge lichttransmissie, het wordt gekenmerkt door hittebestendigheid. Dankzij een breed scala aan transparantie kan het worden gebruikt in modernetelecommunicatie (glasvezelkabels, enz.), ook silicaatglas is onmisbaar bij de vervaardiging van optische lenzen, bijvoorbeeld een vergrootglas wordt gemaakt van kwarts.
Gebaseerd op silicium
Transparant silicaatglas kan zowel optisch als technisch zijn. Optisch wordt gemaakt door bergkristal te smelten, alleen op deze manier wordt een volledig homogene structuur verkregen. In ondoorzichtige glazen zijn kleine gasbelletjes in het materiaal verantwoordelijk voor de kleur.
Naast kwartsglas op siliciumbasis wordt ook het zogenaamde siliciumglas geproduceerd, dat ondanks een vergelijkbare basis verschillende optische eigenschappen heeft. Siliciumcellen zijn in staat röntgenstralen te breken en infrarode straling door te geven.
Biologisch glas
Het zogenaamde plexiglas is gemaakt op basis van een synthetisch polymeer materiaal. Dit transparante en harde materiaal behoort tot thermoplasten en wordt vaak gebruikt als vervanging voor kwartsglas. Plexiglas is bestand tegen veel omgevingsfactoren, zoals hoge luchtvochtigheid en lage temperaturen, maar is veel zachter en daardoor gevoeliger voor mechanische belasting. Door zijn zachtheid is organisch optisch glas gemakkelijk te verwerken - zelfs het eenvoudigste snijgereedschap voor metaal kan het "nemen".
Dit materiaal is geweldig voor laserbewerking en gemakkelijk te patroon of te graveren. Als lens reflecteert het perfect infraroodstralen, maarzendt ultraviolet en röntgenstraling uit.
Toepassing
Optische brillen worden veel gebruikt voor de vervaardiging van lenzen, die op hun beurt in veel optische systemen worden gebruikt. Een enkele convergerende lens wordt gebruikt als vergrootglas. In de technologie vormen lenzen een belangrijk of hoofdonderdeel van systemen als verrekijkers, optische vizieren, microscopen, theodolieten, telescopen, evenals camera's en videoapparatuur.
Optische brillen zijn niet minder belangrijk voor de behoeften van oogheelkunde, omdat het zonder hen moeilijk of onmogelijk is om visuele beperkingen (bijziendheid, astigmatisme, verziendheid, accommodatiestoornissen en andere ziekten) te corrigeren. Brillenglazen met dioptrie kunnen zowel van kwartsglas als van hoogwaardig kunststof worden gemaakt.
Astronomie
Optische brillen zijn een belangrijk en duur onderdeel van elke telescoop. Veel hobbyisten assembleren hun eigen refractors, het vereist weinig, maar het belangrijkste is een plano-convexe glazen lens.
Aan het begin van de vorige eeuw duurde het enkele jaren om één krachtige astronomische lens te vervaardigen, of beter gezegd om deze te polijsten. In 1982 benaderde het hoofd van de Universiteit van Chicago, William Harper, bijvoorbeeld de miljonair Charles Yerkes met het verzoek om het observatorium te financieren. Yerkes investeerde er zo'n driehonderdduizend dollar in, en veertigduizend besteedde hij aan het kopen van een lens voor de destijds krachtigste telescoop ter wereld. Het observatorium is vernoemd naar de financier Yerkes, en tot nu toe was deze refractor met een lensdiameter van 102cm wordt beschouwd als de grootste ter wereld.
Telescopen met een grote diameter zijn reflectoren, waarbij de spiegel een lichtopvangend element is.
Er is een ander type lens dat zowel in de astronomie als in de oogheelkunde wordt gebruikt: glas met convex-concave oppervlakken, dat de meniscus wordt genoemd. Het kan van twee soorten zijn: verstrooiing en verzamelen. In de verstrooiende meniscus is het uiterste deel dikker dan de centrale, en in de verzamelende meniscus is het centrale deel dunner.
