זכוכית אופטית היא זכוכית שקופה שנעשתה במיוחד המשמשת כחלקים למכשירים אופטיים. זה שונה מהטוהר הרגיל ומשקיפות מוגברת, אחידות וחוסר צבע. זה גם מנרמל בקפדנות את הפיזור וכוח השבירה. עמידה בדרישות כאלה מגדילה את המורכבות ועלות הייצור.
היסטוריה
ניתן למצוא דוגמאות רבות לשימוש יומיומי בעדשות, למשל, זכוכית מגדלת היא זכוכית מגדלת רגילה - תעזור לכם ליצור מקרן קטן מסמארטפון רגיל, אבל משקפיים אופטיים הופיעו לא כל כך מזמן.
עדשות ידועות מאז העת העתיקה, אבל הניסיון הרציני הראשון ליצור זכוכית דומה לזו המשמשת במכשירים מודרניים ניתן לייחס למאה ה-17. אז, הכימאי הגרמני קונקל הזכיר באחת מיצירותיו חומצות זרחתיות וחומצות בור, שהן חלק ממרכיב הזכוכית. הוא דיבר גם על כתר בורוסיליקט, שקרוב לכמה חומרים מודרניים מבחינת הרכב. זה יכול להיקרא הניסיון המוצלח הראשון בייצור זכוכית עם תכונות אופטיות מסוימות ודרגה מספקת שלהומוגניות פיזית וכימית.
בתעשייה
ייצור משקפיים אופטיים בקנה מידה תעשייתי החל בתחילת המאה ה-19. גיאן השוויצרית, יחד עם פראונהופר, הציגו שיטה יציבה יחסית לייצור זכוכית כזו באחד המפעלים בבוואריה. המפתח להצלחה היה טכניקת ערבוב ההמסה בעזרת תנועות מעגליות של מוט חרס טבול אנכית בזכוכית. כתוצאה מכך, ניתן היה להשיג זכוכית אופטית באיכות מספקת, בקוטר של עד 250 מ מ.
הפקה מודרנית
בייצור משקפיים אופטיים צבעוניים משתמשים בתוספים של חומרים המכילים נחושת, סלניום, זהב, כסף ומתכות נוספות. בישול נובע מהמטען. הוא נטען לתוך סירים עקשן, אשר בתורם מונחים בתנור זכוכית. הרכב המטען יכול לכלול עד 40% מפסולת הזכוכית, נקודה חשובה היא ההתאמה להרכב של זכוכית מתכת. מסת זכוכית במהלך הבישול מעורבבת ברציפות עם מרית עשויה קרמיקה או פלטינה. בדרך זו מושג מצב אחיד.
מדי פעם, ההמסה נלקחת לדגימה, השולטת באיכות. שלב חשוב בהתכה הוא הבירור: במסת הזכוכית מתחיל שחרור של כמות משמעותית של גזים מחומרי ההבהרה שנוספו בתחילה לתערובת. בועות גדולות נוצרות ועולות במהירות, לוכדות את הבועות הקטנות יותר שנוצרות בהכרח במהלך תהליך הבישול.
לבסוף מוציאים את הסירים מהתנור ולאחר מכןלהתקרר לאט. הקירור, מואט על ידי טכניקות מיוחדות, יכול להימשך עד שמונה ימים. הוא חייב להיות אחיד, אחרת עלולים להיווצר מתחים מכניים במסה, שגורמים לסדקים.
Properties
זכוכית אופטית היא חומר לייצור עדשות. הם, בתורם, מחולקים לפי סוג לאיסוף ופיזור. עדשות איסוף כוללות עדשות דו-קמורות ופלנו-קמורות, כמו גם קעורות-קמורות, הנקראות "המיניסקוס החיובי".
לזכוכית אופטית יש מספר מאפיינים:
- אינדקס השבירה נקבע על ידי שני קווים ספקטרליים הנקראים כפולת הנתרן;
- פיזור ממוצע, המובן כהבדל בין שבירה של הקווים האדומים והכחולים של הספקטרום;
- מקדם פיזור - מספר שניתן על ידי היחס בין פיזור ושבירה ממוצעים.
זכוכית אופטית צבעונית משמשת לייצור מסנני ספיגה. בהתאם לחומר, ישנם שלושה סוגים עיקריים של משקפיים אופטיים:
- anorganic;
- פרספקס (אורגני);
- מינרל-אורגני.
זכוכית לא אורגנית מכילה תחמוצות ופלואורידים. זכוכית אופטית קוורץ שייכת גם לא אורגנית (נוסחה כימית SiO2). לקוורץ יש שבירה נמוכה והעברת אור גבוהה, הוא מאופיין בעמידות בחום. מגוון רחב של שקיפות מאפשר להשתמש בו במודרניתקשורת (כבלים סיבים אופטיים וכו'), גם זכוכית סיליקט היא הכרחית בייצור עדשות אופטיות, למשל, זכוכית מגדלת עשויה מקוורץ.
מבוסס על סיליקון
זכוכית סיליקט שקופה יכולה להיות גם אופטית וגם טכנית. אופטי מיוצר על ידי המסת גביש סלע, רק בדרך זו מתקבל מבנה הומוגני לחלוטין. בכוסות אטומות, בועות גז קטנות בתוך החומר אחראיות לצבע.
בנוסף לזכוכית קוורץ על בסיס סיליקון, מייצרים גם את מה שנקרא זכוכית סיליקון, שלמרות בסיס דומה יש לה תכונות אופטיות שונות. תאי סיליקון מסוגלים לשבור קרני רנטגן ולהעביר קרינה אינפרא אדומה.
זכוכית אורגנית
מה שנקרא פרספקס עשוי על בסיס חומר פולימרי סינטטי. חומר שקוף וקשיח זה שייך לתרמופלסטיים ומשמש לרוב כתחליף לזכוכית קוורץ. הפרספקס עמיד בפני גורמים סביבתיים רבים, כמו לחות גבוהה וטמפרטורות נמוכות, אך הוא הרבה יותר רך ולכן רגיש יותר ללחץ מכני. בשל הרכות שלה, זכוכית אופטית אורגנית קלה לעיבוד - אפילו כלי חיתוך המתכת הפשוט ביותר יכול "לקחת" אותה.
חומר זה נהדר לעיבוד לייזר וקל לדוגמא או לחריטה. כעדשה, היא משקפת באופן מושלם קרני אינפרא אדום, אבלמשדר אולטרה סגול וקרני רנטגן.
Application
משקפיים אופטיים נמצאים בשימוש נרחב לייצור עדשות, אשר, בתורן, משמשות במערכות אופטיות רבות. עדשה מתכנסת יחידה משמשת כזכוכית מגדלת. בטכנולוגיה, עדשות הן חלק חשוב או עיקרי במערכות כגון משקפות, כוונות אופטיות, מיקרוסקופים, תאודוליטים, טלסקופים, כמו גם מצלמות וציוד וידאו.
משקפיים אופטיות חשובות לא פחות לצורכי רפואת העיניים, כי בלעדיהם קשה עד בלתי אפשרי לתקן ליקויי ראייה (קוצר ראייה, אסטיגמציה, רוחק ראייה, הפרעת התאמה ומחלות נוספות). ניתן לייצר עדשות משקפיים עם דיופטר הן מזכוכית קוורץ והן מפלסטיק איכותי.
אסטרונומיה
משקפיים אופטיים הם המרכיב החשוב והיקר ביותר בכל טלסקופ. חובבים רבים מרכיבים רפרקטורים משלהם, זה דורש מעט, אבל הדבר החשוב ביותר הוא עדשת זכוכית פלנו-קמורה.
בתחילת המאה הקודמת, לקח כמה שנים לייצר עדשה אסטרונומית חזקה אחת, או יותר נכון ללטש אותה. לדוגמה, ב-1982 פנה ראש אוניברסיטת שיקגו, וויליאם הארפר, למיליונר צ'ארלס ירקס בבקשה לממן את מצפה הכוכבים. ירקס השקיע בו כשלוש מאות אלף דולר, כאשר ארבעים אלף השקיעו ברכישת עדשה לטלסקופ החזק ביותר על פני כדור הארץ באותה תקופה. המצפה נקרא על שמו של איש הכספים ירקס, ועד כה רפרקטור זה בקוטר עדשה של 102ס מ נחשבת לגדולה בעולם.
טלסקופים בקוטר גדול הם מחזירי אור, שבהם המראה היא אלמנט אוסף אור.
ישנו סוג נוסף של עדשות בשימוש הן באסטרונומיה והן ברפואת עיניים - זכוכית עם משטחים קמורים-קעורים, הנקראת המניסקוס. זה יכול להיות משני סוגים: פיזור ואיסוף. במיניסקוס המתפזר החלק הקיצוני עבה יותר מהמרכזי ובמיניסקוס האוסף החלק המרכזי דק יותר.
