Оптические характеристики материалов для изготовления оптических деталей (стр. 1 из 3)
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 | КалийК | ВодородH | НатрийNa | Гелий He | РтутьHg | ||||
| 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 | ВодородH | РтутьHg | ВодородH | РтутьHg | РтутьHg | ||||
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=75
90*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.
2. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ОПТИЧЕСКОГО СТЕКЛА
2.1. Нормируемые показатели качества
Нестабильность оптических характеристик стекла существенно влияет на качество передачи изображения оптической системой прибора.
Допуски на показатели качества материалов рассчитывают в соответствии с техническими требованиями к оптической системе. Завышение требований к показателям качества сверх необходимых не дает заметного улучшения выходных характеристик прибора, в то же время резко увеличивает стоимость оптического материала. Например, при изменении требований к оптической однородности стекла с третьей категории на первую стоимость стекла возрастает в 4-5 раз.
Оптические бесцветные стекла нормируют в заготовках по следующим показателям качества: показателю преломления ne, средней дисперсии nF-nC, однородности партии заготовок по показателю преломления и средней дисперсии, оптической однородности, двойному лучепреломлению, бессвильности, показателю ослабления, пузырности.
В зависимости от предельных отклонений указанных показателей ГОСТ 3514 предусматривает различные категории и классы качества стекла.
Показатель преломления nC и средняя дисперсия 
нормируются пятью категориями качества со следующими допустимыми отклонениями
и 
:Таблица 3:
| Категория |  104 |  105 |
| 1 | ±2 | ±2 |
| 2 | ±3 | ±3 |
| 3 | ±5 | ±5 |
| 4 | ±10 | ±10 |
| 5 | ±20 | ±20 |
Стекло обычного качества, используемое для изготовления оптических деталей кинофотооптики, относится к 4-й категории по
и .Допуски на
и могут быть расширены по сравнению с расчетными при условии ограничения отклонений по этим показателям для заготовок внутри одной партии.