Оптичне скло, його характеристики і виготовлення

Будь-який геодезичний прилад складається з великої кількості оптичних і механічних деталей. Технологія виготовлення оптичний деталей відрізняється від технології виготовлення механічних деталей. Для виготовлення оптичних деталей використовують:

а) оптичне безкольорове скло, оптичне кольорове скло, спеціальні (кварцові і органічні) стекла і ситали;

б) метали;

в) кристали і полімери.

Відповідальні оптичні деталі виготовляють із оптичного силікатного скла, яке відрізняється від технічного більш високою прозорістю для видимої області спектру, великого твердістю, хімічною стійкістю і однорідністю.

Промисловістю виготовляється 16 типів оптичного безкольорового скла (відповідно до оптичного кольорового скла (відповідно до ГОСТ 3514 – 76 і ГОСТ 9411 – 81). Основою оптичного скла є кварцовий пісок.

Оптичне скло буває двох основних видів: крон і флінт. Останні в свою чергу, поділяються на тести, а типи – на марки, які відрізняються між собою хімічним складом, величиною показника заломлення і коефіцієнтом дисперсії. Крони мають показник заломлення в межах n_е1,45 1,57 (тяжкі – 1,74). Найбільшого застосування із кронів набули наступні марки стекол: легкі крони ЛК5, ЛК105; крони К2, К8, К108; баритові крони БК6, БК8; фосфатні крони ФК, ТФК; тяжкі крони ТК2, ТК14; особливий крон ОК; крон флінти КФ4, КФ104.

Крони – тверді стекла які складаються на 60% SiO₂ – кварцового піску і мають спектр яскравого кольору.

Флінти – м’які і тяжкі стекла (до 44% SiO₂) і мають темний спектр. Показник заломлення флінтів n_е1,54 2,04. Із флінтів на виробництві набули поширення такі марки стекол: легкі флінти ЛФ5, ЛФ105; флінти Ф1, Ф4, Ф6; тяжкі флінти СТФ; особливі флінти ОФ; тяжкі баритові флінти ТБФ. Флінти відрізняються один від другого наявністю в крон флінті до 15%, в тяжкому флінті більше 50%.

Крім показника заломлення оптичне скло характеризується коефіцієнтом дисперсії n. Цей коефіцієнт запровадив Аббе, тому його називають числом Аббе. Для кронтів n=50-70, для флінтів n=18-50.

Кольорове оптичне скло визначається кольоровим тоном і густиною забарвлення:

- хімічним складом барвника;

- режимом варіння і термічної обробки.

В позначенні кольорового скла присутня буква кольору і номер марки, наприклад, УФС-1 ультрафіолетове скло.

До спеціальних стекол відносяться кварцові і органічні. Кварцове скло є дорогим. Воно являє хімічну частину окису кремнію і характеризується:

- більш високою твердістю;

- малим коефіцієнтом лінійного розширення;

- доброю хімічною стійкістю.

В оптичних приладах мають застосування три марки кварцових стекол: КУ – для ультрафіолетової області спектра; КВ – видимої; КИ – інфрачервоної. Органічне скло крихке і змінює розмір в залежності від зміни температури. Тому його застосовують в мало відповідальних деталях, наприклад, як захисне.

Ситали – оптичне скло, яке отримують в результаті спеціальної термічної обробки до стану, коли величина кристалів не перевищує 5 мкм. У ситалів коефіцієнт лінійного розширення малий, може дорівнювати нулю, а інколи буває навіть від’ємний. В останньому випадку при нагріванні розмір деталей зменшується. Різновидністю ситалу є фото чутливий ситал, який застосовують для спеціальних геодезичних приладів. Що працюють в умовах екстремальної зміні яскравості, наприклад, космічних секстантів. Фотохромний шар скла темніє при появі в полі зору яскравого об’єкту, захищаючи спостерігача від надмірної кількості світла.

Металеві пластинки із сталі, алюмінію і мідних сплавів, після відповідного шліфування і полірування, застосовують як відбивні деталі для передачі зображення в поле зору приладу.

У кристалів і полімерів, на відміну від оптичного скла, більш висока прозорість в ультрафіолетовій і інфрачервоній областях спектра. В них більш широкий діапазон величини показника заломлення n_е і коефіцієнта дисперсії n. Наприклад, ісландський шпат (кальцит) має сильне подвійне променезаломлення і використовується в поляризаційних приладах, а германій і кремній, які в видимій області спектра не прозорі, використовуються в інфрачервоній області і мають показник заломлення n_е≈4.