Az optikai üveg egy speciálisan készített átlátszó üveg, amelyet optikai műszerek alkatrészeiként használnak. Eltér a szokásos tisztaságtól és fokozott átlátszóságtól, egyenletességtől és színtelenségtől. Szigorúan normalizálja a diszperziót és a törőerőt is. Az ilyen követelményeknek való megfelelés növeli a gyártás bonyolultságát és költségét.
Előzmények
Sok példát találhat az objektívek mindennapi használatára, például a nagyító egy közönséges nagyító - segít kis projektort létrehozni egy közönséges okostelefonból, de az optikai szemüvegek nem is olyan régen jelentek meg.
A lencsék már az ókorban ismertek, de az első komoly kísérlet a modern eszközökben használthoz hasonló üveg létrehozására a 17. századra tehető. Tehát Kunkel német kémikus egyik munkájában említette a foszfor- és bórsavat, amelyek az üvegkomponens részét képezik. Beszélt a boroszilikát koronáról is, amely összetételét tekintve közel áll néhány modern anyaghoz. Ez nevezhető az első sikeres tapasztalatnak bizonyos optikai tulajdonságokkal rendelkező és megfelelő fokú üveggyártásbanfizikai és kémiai homogenitás.
Az iparban
Az optikai üvegek ipari méretekben történő gyártása a 19. század elején kezdődött. A Swiss Gian Fraunhoferrel közösen egy viszonylag stabil módszert vezetett be ilyen üveg előállítására az egyik bajorországi üzemben. A siker kulcsa az olvadék keverési technikája volt, függőlegesen üvegbe merített agyagrúd körkörös mozdulatai segítségével. Ennek eredményeként sikerült kielégítő minőségű, akár 250 mm átmérőjű optikai üveget készíteni.
Modern gyártás
A színes optikai üvegek gyártása során rezet, szelént, aranyat, ezüstöt és egyéb fémeket tartalmazó adalékanyagokat használnak. A főzés a díjból származik. Tűzálló edényekbe töltik, amelyeket viszont üvegkemencébe helyeznek. A töltet összetétele legfeljebb 40%-ban tartalmazhat üveghulladékot, fontos szempont a töredék és az olvadó üveg összetételének megfelelősége. Az üvegmasszát főzés közben folyamatosan keverjük kerámia vagy platina spatulával. Ily módon egységes állapot érhető el.
Az olvadékból időnként mintát vesznek, amely szabályozza a minőséget. Az olvasztás fontos szakasza a derítés: az üvegmasszában a keverékhez kezdetben hozzáadott derítő anyagokból jelentős mennyiségű gáz felszabadulása indul meg. Nagy buborékok képződnek és gyorsan felemelkednek, befogva a kisebb buborékokat, amelyek elkerülhetetlenül képződnek a főzési folyamat során.
Végül az edényeket kivesszük a sütőből, majd ezutánlassan hűtse le. A speciális technikákkal lelassított lehűlés akár nyolc napig is eltarthat. Egyenletesnek kell lennie, különben a tömegben mechanikai feszültségek keletkezhetnek, amelyek repedéseket okoznak.
Tulajdonságok
Az optikai üveg a lencsék gyártásához használt anyag. Ezeket viszont típusonként gyűjtőre és szórásra osztják. A gyűjtőlencsék közé tartoznak a bikonvex és síkkonvex lencsék, valamint a homorú-domború lencsék, az úgynevezett "pozitív meniszkusz".
Az optikai üvegnek számos jellemzője van:
- a törésmutatót két spektrumvonal határozza meg, az úgynevezett nátrium-dublett;
- átlagos diszperzió, amely a spektrum vörös és kék vonalainak fénytörése közötti különbségként értendő;
- diszperziós együttható – az átlagos diszperzió és fénytörés aránya által megadott szám.
Színes optikai üveget abszorpciós szűrők gyártására használnak. Az anyagtól függően az optikai üvegeknek három fő típusa van:
- szervetlen;
- plexi (organikus);
- ásványi-organikus.
A szervetlen üveg oxidokat és fluoridokat tartalmaz. A kvarc optikai üveg szintén a szervetlenhez tartozik (kémiai képlete SiO2). A kvarcnak alacsony a fénytörése és nagy a fényáteresztő képessége, hőállósága jellemzi. Az átlátszóság széles skálája lehetővé teszi a modern használatáttelekommunikáció (optikai kábelek stb.), a szilikátüveg is nélkülözhetetlen az optikai lencsék gyártásában, például a nagyító kvarcból készül.
Szilícium alapú
Az átlátszó szilikát üveg lehet optikai és műszaki is. Az optikai hegyikristály olvasztásával készül, csak így kapunk teljesen homogén szerkezetet. Az átlátszatlan üvegekben az anyagban lévő kis gázbuborékok felelősek a színért.
A szilícium alapú kvarcüveg mellett az úgynevezett szilíciumüveget is gyártják, amely a hasonló alap ellenére eltérő optikai tulajdonságokkal rendelkezik. A szilícium cellák képesek megtörni a röntgensugarakat és továbbítani az infravörös sugárzást.
Bioüveg
Az úgynevezett plexi szintetikus polimer anyagból készül. Ez az átlátszó és kemény anyag a hőre lágyuló műanyagokhoz tartozik, és gyakran használják a kvarcüveg helyettesítésére. A plexi számos környezeti tényezőnek ellenáll, mint például a magas páratartalomnak és az alacsony hőmérsékletnek, de sokkal puhább, ezért érzékenyebb a mechanikai igénybevételre. Lágyságának köszönhetően a szerves optikai üveg könnyen feldolgozható - a legegyszerűbb fémvágó szerszám is képes "elviselni".
Ez az anyag kiválóan alkalmas lézeres feldolgozásra, és könnyen mintázható vagy gravírozható. Lencseként tökéletesen visszaveri az infravörös sugarakat, detovábbítja az ultraibolya és röntgensugarakat.
Alkalmazás
Az optikai szemüveget széles körben használják lencsék gyártásához, amelyeket viszont számos optikai rendszerben használnak. Egyetlen konvergáló lencsét használnak nagyítóként. A technológiában a lencsék olyan rendszerek fontos vagy fő részét képezik, mint a távcsövek, optikai irányzékok, mikroszkópok, teodolitok, teleszkópok, valamint kamerák és videoberendezések.
Az optikai szemüveg nem kevésbé fontos a szemészet szükségletei szempontjából, mert nélküle nehéz vagy egyáltalán nem lehet korrigálni a látássérüléseket (rövidlátás, asztigmatizmus, távollátás, akkomodációs zavar és egyéb betegségek). A dioptriás szemüveglencsék kvarcüvegből és kiváló minőségű műanyagból is készülhetnek.
Csillagászat
Az optikai szemüveg minden távcső fontos és legdrágább alkatrésze. Sok hobbi saját maga szereli össze a refraktort, kevés kell hozzá, de a legfontosabb a sík-domború üveglencse.
A tavalyelőtti század elején több évbe telt egyetlen nagy teljesítményű csillagászati lencse legyártása, vagy inkább csiszolása. Például 1982-ben a Chicagói Egyetem vezetője, William Harper megkereste Charles Yerkes milliomost azzal a kéréssel, hogy finanszírozza az obszervatóriumot. Yerkes körülbelül háromszázezer dollárt fektetett bele, és negyvenezret költött lencse vásárlására a bolygó akkori legerősebb távcsövéhez. A csillagvizsgálót Yerkes finanszírozóról nevezték el, és eddig ez a 102 lencseátmérőjű refraktorcm-t a legnagyobbnak tartják a világon.
A nagy átmérőjű teleszkópok reflektorok, amelyekben a tükör fénygyűjtő elem.
Létezik egy másik típusú lencse is, amelyet a csillagászatban és a szemészetben is használnak – a domború-konkáv felületű üveget, amelyet meniszkusznak neveznek. Kétféle lehet: szóró és gyűjtő. A szétszóródó meniszkuszban a szélső rész vastagabb, mint a középső, a gyűjtőmeniszkuszban pedig a központi rész vékonyabb.
