Optisches Glas ist ein speziell hergestelltes transparentes Glas, das als Teile für optische Instrumente verwendet wird. Es unterscheidet sich von der üblichen Reinheit und erhöhter Transparenz, Gleichmäßigkeit und Farblosigkeit. Es normalisiert auch streng die Dispersion und Brechkraft. Die Einh altung solcher Anforderungen erhöht die Komplexität und die Kosten der Produktion.
Geschichte
Sie können viele Beispiele für den täglichen Gebrauch von Linsen finden, zum Beispiel ist eine Lupe eine gewöhnliche Lupe - hilft Ihnen, einen kleinen Projektor aus einem gewöhnlichen Smartphone zu erstellen, aber optische Gläser sind vor nicht allzu langer Zeit aufgetaucht.
Linsen sind seit der Antike bekannt, aber der erste ernsthafte Versuch, Glas herzustellen, das dem in modernen Geräten verwendeten ähnelt, lässt sich bis ins 17. Jahrhundert zurückverfolgen. So erwähnte der deutsche Chemiker Kunkel in einer seiner Arbeiten Phosphor- und Borsäure, die Teil der Glaskomponente sind. Er sprach auch über Borosilikatkronen, die in ihrer Zusammensetzung einigen modernen Materialien nahe kommen. Dies kann als erste erfolgreiche Erfahrung bei der Herstellung von Glas mit bestimmten optischen Eigenschaften und einem ausreichenden Grad an Glas bezeichnet werdenphysikalische und chemische Homogenität.
In der Industrie
Die Produktion von optischen Gläsern im industriellen Maßstab begann Anfang des 19. Jahrhunderts. Der Schweizer Gian hat zusammen mit Fraunhofer in einem der Werke in Bayern ein relativ stabiles Verfahren zur Herstellung eines solchen Glases eingeführt. Der Schlüssel zum Erfolg war die Technik, die Schmelze mit Hilfe kreisförmiger Bewegungen eines senkrecht in Glas eingetauchten Tonstabes zu mischen. Als Ergebnis war es möglich, optisches Glas von zufriedenstellender Qualität bis zu einem Durchmesser von 250 mm zu erh alten.
Moderne Produktion
Bei der Herstellung farbiger optischer Gläser werden Zusätze aus Stoffen verwendet, die Kupfer, Selen, Gold, Silber und andere Metalle enth alten. Kochen kommt von der Ladung. Es wird in feuerfeste Töpfe gefüllt, die wiederum in einen Glasofen gestellt werden. Die Zusammensetzung der Charge kann bis zu 40 % Altglas enth alten, ein wichtiger Punkt ist die Einh altung der Zusammensetzung von Scherben und Schmelzglas. Die Glasmasse wird während des Kochens kontinuierlich mit einem Spatel aus Keramik oder Platin gemischt. Dadurch wird ein einheitlicher Zustand erreicht.
In regelmäßigen Abständen wird der Schmelze eine Probe entnommen, die die Qualität kontrolliert. Eine wichtige Stufe des Schmelzens ist die Klärung: In der Glasmasse beginnt die Freisetzung einer erheblichen Menge an Gasen aus den zunächst der Mischung zugesetzten Klärsubstanzen. Große Blasen bilden sich und steigen schnell auf und fangen die kleineren Blasen ein, die sich unvermeidlich während des Brühvorgangs bilden.
Schließlich werden die Töpfe aus dem Ofen genommen, danachlangsam abkühlen. Die durch spezielle Techniken verlangsamte Abkühlung kann bis zu acht Tage dauern. Sie muss gleichmäßig sein, sonst können sich in der Masse mechanische Spannungen bilden, die zu Rissen führen.
Eigenschaften
Optisches Glas ist ein Material zur Herstellung von Linsen. Sie wiederum werden nach Art in Sammeln und Streuen unterteilt. Zu den Sammellinsen gehören bikonvexe und plankonvexe Linsen sowie konkav-konvexe Linsen, die als "positiver Meniskus" bezeichnet werden.
Optisches Glas hat eine Reihe von Eigenschaften:
- Brechungsindex bestimmt durch zwei Spektrallinien, die als Natriumdublett bezeichnet werden;
- durchschnittliche Dispersion, die als Unterschied zwischen der Brechung der roten und blauen Linien des Spektrums verstanden wird;
- Dispersionskoeffizient - eine Zahl, die durch das Verhältnis von durchschnittlicher Dispersion und Brechung gegeben ist.
Farbiges optisches Glas wird zur Herstellung von Absorptionsfiltern verwendet. Abhängig vom Material gibt es drei Haupttypen von optischen Gläsern:
- anorganisch;
- Plexiglas (organisch);
- mineralisch-organisch.
Anorganisches Glas enthält Oxide und Fluoride. Optisches Quarzglas gehört ebenfalls zu den anorganischen (chemische Formel SiO2). Quarz hat eine geringe Brechung und eine hohe Lichtdurchlässigkeit, es zeichnet sich durch Hitzebeständigkeit aus. Ein breites Spektrum an Transparenz ermöglicht den modernen EinsatzTelekommunikation (Glasfaserkabel etc.), auch Silikatglas ist bei der Herstellung optischer Linsen unverzichtbar, beispielsweise wird aus Quarz eine Lupe hergestellt.
Siliziumbasiert
Transparentes Silikatglas kann sowohl optisch als auch technisch sein. Optisch entsteht durch Schmelzen von Bergkristall, nur so entsteht eine vollkommen homogene Struktur. Bei undurchsichtigen Gläsern sind kleine Gasbläschen im Inneren des Materials für die Farbe verantwortlich.
Neben siliziumbasiertem Quarzglas wird auch das sogenannte Siliziumglas hergestellt, das trotz ähnlicher Basis andere optische Eigenschaften aufweist. Siliziumzellen können Röntgenstrahlen brechen und Infrarotstrahlung durchlassen.
Bioglas
Das sogenannte Plexiglas wird auf Basis eines synthetischen Polymermaterials hergestellt. Dieses transparente und harte Material gehört zu den Thermoplasten und wird oft als Ersatz für Quarzglas verwendet. Plexiglas widersteht vielen Umwelteinflüssen wie hoher Luftfeuchtigkeit und niedrigen Temperaturen, ist jedoch deutlich weicher und damit empfindlicher gegenüber mechanischer Beanspruchung. Aufgrund seiner Weichheit ist organisches optisches Glas leicht zu verarbeiten - selbst das einfachste Metallschneidewerkzeug kann es "nehmen".
Dieses Material eignet sich hervorragend für die Laserbearbeitung und lässt sich leicht bemustern oder gravieren. Als Linse reflektiert es Infrarotstrahlen perfekt, aberlässt Ultraviolett- und Röntgenstrahlen durch.
Bewerbung
Optische Gläser werden häufig zur Herstellung von Linsen verwendet, die wiederum in vielen optischen Systemen Verwendung finden. Als Lupe wird eine einzelne Sammellinse verwendet. In der Technik sind Objektive ein wichtiger oder Hauptbestandteil von Systemen wie Ferngläsern, Zielfernrohren, Mikroskopen, Theodoliten, Teleskopen sowie Kameras und Videogeräten.
Optische Brillen sind für die Belange der Augenheilkunde nicht weniger wichtig, da ohne sie Sehbehinderungen (Kurzsichtigkeit, Hornhautverkrümmung, Weitsichtigkeit, Akkommodationsstörung und andere Erkrankungen) nur schwer oder gar nicht korrigiert werden können. Brillengläser mit Dioptrien können sowohl aus Quarzglas als auch aus hochwertigem Kunststoff hergestellt werden.
Astronomie
Optische Gläser sind eine wichtige und teuerste Komponente eines jeden Teleskops. Viele Bastler bauen ihre eigenen Refraktoren zusammen, es braucht wenig, aber das Wichtigste ist eine plankonvexe Glaslinse.
Anfang des vorletzten Jahrhunderts hat es mehrere Jahre gedauert, ein einziges leistungsstarkes astronomisches Objektiv herzustellen, oder vielmehr zu polieren. So wandte sich 1982 der Leiter der University of Chicago, William Harper, an den Millionär Charles Yerkes mit der Bitte, das Observatorium zu finanzieren. Yerkes investierte etwa dreihunderttausend Dollar, davon vierzigtausend für den Kauf eines Objektivs für das damals leistungsfähigste Teleskop der Welt. Das Observatorium wurde nach dem Finanzier Yerkes benannt, und bisher dieser Refraktor mit einem Linsendurchmesser von 102cm gilt als der größte der Welt.
Teleskope mit großem Durchmesser sind Reflektoren, bei denen der Spiegel ein lichtsammelndes Element ist.
Es gibt noch einen anderen Linsentyp, der sowohl in der Astronomie als auch in der Augenheilkunde verwendet wird - Glas mit konvex-konkaven Oberflächen, das Meniskus genannt wird. Es kann zwei Arten geben: Streuen und Sammeln. Beim Streumeniskus ist der äußerste Teil dicker als der mittlere, und beim Sammelmeniskus ist der mittlere Teil dünner.
