ОПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО
Оптическое бесцветное неорганическое стекло является основным материалом для изготовления линз, призм, пластин и других деталей оптических приборов и систем, принимающих, передающих и трансформирующих оптическое излучение.
Благодаря использованию в составах различных химических соединений оптические стекла обладают многообразием оптических и других физико-химических свойств, что позволяет создавать оптические системы с высокой степенью резрешения передачи изображения.
Лыткаринский завод оптического стекла (ЛЗОС) - один из крупнейших в европе, имеет 60 -летний опыт производства всей номенклатуры стекол, применяемых в оптическом приборостроении.
Завод поставляет свою продукцию как предприятиям России и СНГ, так и в страны Европы, Америки и Азии. Высокое качество производимого стекла обеспечивается передовой технологией, применением высокочистых сырьевых материалов и нормированием допусков на основные параметры оптического стекла.
Стекло по желанию заказчика поставляется в виде блоков, пластин, или заготовок - прессовок, близких по форме и размерам к готовой детали. | |
Данный обзор ставит своей целью ознакомить традиционных и постоянных покупателей с номенклатурой и основными характеристиками стекол, выпускаемых ОАО "ЛЗОС", допусками на показатели качества, формой поставки, с целью оказания помощи покупателям в правильном и экономически целесообразном выборе необходимой им продукции.
Оптические постоянные
Основными оптическими постоянными оптического стекла являются:
Показатель преломления Показатель преломления n определяется как отношение скорости распространения электромагнитного излучения в воздухе к скорости его распространения в стекле. Показатель преломления зависит от длины волны излучения.
В качестве основного показателя преломления оптического стекла конкретной марки в соответствии с ИСО 7944-84 установлен показатель преломления ne для длины волны 546,97 нм спектральной линии ртути e. Эта линия расположена в зеленой части спектра света в области максимума чувствительности глаза человека.
В обзоре даны значения n для длин волн различных спектральных линий химических элементов в диапазоне 365 - 2325,4 нм, а также для длин волн, генерируемых лазерами наиболее употребимых типов.
Значения показателя преломления относятся к стеклу, прошедшему тонкий отжиг (температура выдержки соответствует вязкости 10*13 дПа/с, скорость охлаждения 2,5 град/ч). Измерение показателя преломления осуществляется при температуре 20+/- 3 °С и приведенном к атмосферному давлении 760 мм.рт.ст.
Средняя дисперсия Дисперсионные свойства стекла характеризуются величиной средней дисперсии, представляющей разность показателей преломлениядля двух относительно далеко отстоящих длин волн. В качестве основной средней дисперсии принята разность показателей преломления nf - nc для длин волн 479,99 и 643,85 нм спектральных линий F и C кадмия, ограничивающих видимую часть спектра (ИСО 7944 - 84) принят
v = (n1 - 1) / (n2 - n3)
где n2 и n3 - показатели преломления для длин волн, ограничивающих какой-либо диапазон спектра, а n1 - показатель преломления для длины волны, расположенной внутри диапазона.
В качестве основного коэффициента дисперсии, называемого также числом Аббе (ИСО 7944-84) принят
ve = (ne-1) / (nf - nc)
Вторичный спектр Величина относительной частной дисперсии Px,y равна отношению частной дисперсии на участке (длина волны x - длина волны y) к средней дисперсии nf - nc:
Px,y = (nx - ny) / nf -n c
Как замечено Аббе, если нанести на диаграмму зависимость значений относительных частных дисперсий Px,y от коэффициента дисперсии ve, рассчитанных для одних и тех же длин волн , то обнаруживается, что для большинства стекол точки лежат близко к некоторой прямой линии, называемой "нормальной". Тангенс угла t наклона этой прямой выражается в виде уравнения:
tg t = (Px - Py) / (ve x - ve y)
В обзоре приняно, что "нормальная" прямая определяется по значениям Px,y и ve стекол марок К18 и Ф13. Оптические характеристики этих стекол даны ниже.
Марка стекла | ve | P x,y на участках | i - F | y - F | F - e | F - r | К18 | 60,15 | 1,697 | 0,4811 | 0,5086 | 1,223 | Ф13 | 36,09 | 1,921 | 0,5168 | 0,5223 | 1,205 |
|
Для исправления вторичного спектра delta S объектива апохромата необходимым условием является то, чтобы разность относительных частных дисперсий стекол была минимальной и значение tg t было близким к нулю.
Это возможно только при наличии стекол, имеющих "аномальные" свойства с характеристиками, не лежащими на нормальной прямой. Такие стекла получили название "особых" и выделены в каталоге в отдельные типы.
В каталоге приведены отклонения относительных частных дисперсий и коэффициентов дисперсий от "нормальной" прямой для четырех участков спектра в УФ и видимой областях.
Система обозначения и классификации стекол
Оптические бесцветные стекла делят на две группы: флинты и кроны. Разделение это сложилось исторически и связано с тем, что для исправления хроматическихх аберраций объектива дуплета применялась пара стекол, одно из которых (флинт) имело большое значение показателя преломления и малое значение коэффициента дисперсии, другое (крон) - меньшее значение показателя преломления и большее значение коэффициента дисперсии.
Повышение значения показателя преломления достигалось, главным образом, введением в состав стекла окислов свинца PbO. Поэтому флинтами называли стекла с содержанием в составе более 3% PbO.
В настоящее время к "флинтам" относят стекла с коэффициентом преломления > 1,60 и коэффициентом дисперсии < 50, а к "кронам" - стекла с коэффициентом преломления < 1,60 и коэффициентом дисперсии > 55. | | Наименование и обозначение типов бесцветных оптических стекол в соответствии со стандартами России приведены ниже.
Наименование типа стекла | Краткое обозначение | Легкий крон | ЛК | Фосфатный крон | ФК | Тяжелый фосфатный крон | ТФК | Крон | К | Баритовый крон | БК | Тяжелый крон | ТК | Сверхтяжелый крон | СТК | Особый (с особым ходом дисперсии) крон | ОК | Кронфлинт | КФ | Баритовый флинт | БФ | Тяжелый баритовый флинт | ТБФ | Легкий флинт | ЛФ | Флинт | Ф | Тяжелый флинт | ТФ | Сверхтяжелый флинт | СТФ | Особый (с особым ходом дисперсии) флинт | ОФ |
|
По мере увеличения номенклатуры выпускаемых стекол и применения в качестве стоеклообразующей основы наряду с кремнеземом других веществ появилась необходимость разграничения стекол флинт и крон на типы, а внутри типов на марки.
Оптические бесцветные стекла классифицируют по типам в зависимости от значений показателя преломления и коэффициента дисперсии.
Марка присваивается стеклам определенного типа, имеющим различный химический состав и оптические характеристики. Обозначение марки содержит буквенное наименование типа стекла, порядковый номер. Для обозначения марок стекол используют также код, представляющий собой шестизначную цифру, в которой первые три цифры соответствуют трем цифрам после запятой значение показателя преломления ne, вторые три - трем цифрам значения коэффициента преломления ve.
Например, ТФ5 или 762273 - стекло типа тяжелый флинт, имеющее пятый номер в этом типе, показатель преломления 1,76171, коэффициент дисперсии 27,32.
Диаграмма Аббе
Для удобства выбора типов и марок стекол строится диаграмма Аббе в координатах ne, ve. Стекла каждого типа располагаются на поле диаграммы на строго ограниченных участках, за исключением стекол типа ОФ и ОК, которые могут находиться на разных участках поля диаграммы.
Физико - химические свойства
Светопропускание Спектральный коэффициент внутреннего (чистого) пропускания тi определяется, как отношение выходящего потока излучения Фex к входящему потоку Фin. При этом потери на отражение от граничных поверхностей исключены.
тi = Фex / Фin
В обзоре представлены значения тi для толщины стекла 10 и 25 мм в области длин волн от 320 до 1500 нм. Эти значения являются средними из множества варок данной марки стекла и соответстуют категории 4 по показателю ослабления (коэффициенту пропускания) таблицы № 5. Для отдельных варок они могут отклоняться от средних в сторону больших или меньших значений. При желании заказчика иметь большее пропускание необходимо это оговаривать при заказе.
Интегральный коэффициент внутреннего пропускания для белого света тa стандартного источника типа А (Т = 2856 К) определяется по показателю ослабления ма, представляющему собой величину, обратную расстоянию, на котором поток излучения источника света типа А ослабляется в результате поглощения и рассеивания в стекле в 10 раз.
тa = 10"(-ма*L ), где L- толщина стекла.
Нормируемые значения показателя ослабления ма и интегрального коэффициента внутреннего пропускания для белого света тa приведены в разделе "Нормируемые показатели качества стекла".
Устойчивость стекол к воздействию радиационного излучения
При воздействии жесткого радиационного излучения большинство оптических стекол окрашиваются (темнеют), уменьшается светопропускание до определенного значения, зависящего от дозы радиации и химического состава.
Устойчивость стекол к воздействию радиационного излучения характеризуется приращение оптической плотности DD на 1 см толщины стекла при облучении дозой гамма-лучей 10"4 и 10"5 Р от источника Со60.
DD = Dобл - Dо
В обзоре указаны значения: Dо - оптическая плотность стекла в толщине 10 мм до облучения и приращение DD после облучения. | |
Повышение радиационной устойчивости стекол достигается введением в их состав добавок, обычно окиси церия СеО2, предотвращающих образования центров окраски. по оптическим характеристикам и физико-химическим свойствам радиационно-стойкие стекла практически не отличаются от своих аналогов основных стекол.
Для обозначения радиационно-стойкого стекла к порядковому номеру марки основного стекла добавляется цифра 100 или 200 в зависимости от степени устойчивости. Например, радиационно-стойкое стекло марки Ф1 обозначается Ф101.
У тех марок оптического стекла, у которых имеются радиационно-стойкие модификации, в обзоре в графе "Замечания" указаны их обозначения.
Механические свойства
| Плотность p (г/см3) - отношение массы стекла к его объему.
Относительная твердость по сошлифовыванию Но определяется как отношение объема сошлифованного свободным абразивом стекла марки К8 к объему стекла данной марки, сошлифованному в тех же условиях. Значение Но является технологическим критерием скорости съема стекла при сошлифовывании.
Прочностные свойства стекла как конструкционного материала характеризуются стандартными параметрами: модулем упругости Е и модулем сдвига G, связанными между собой соотношением Е = 2 * G (1 + m), где m - коэффициент деформации (коэффициент Пуассона).
Фотоупругие свойства. Фотоупругость стекла характеризуется фотоупругими постоянными C1 и C2, выражающими приращение значений показателя преломления стекла для лучей света, поляризованных в направлениях, параллельном и перпендикулярном действию напряжения, равного 105 Па, а также оптическим коэффициентом напряжения В = С1 - С2. Оптический коэффициент напряжения В определяет разность оптического хода лучей в стекле и характеризует двулучепреломление, возникающее при напряжении 105 Па. |
Оптические бесцветные стекла выпускаемые ЛЗОС
Тип | Марка | К-т преломления | К-т дисперсии | ЛК | ЛК3 | 1,4891 | 69,87 | | ЛК4 | 1,4922 | 64,93 | | ЛК5 | 1,4799 | 65,44 | | ЛК6 | 1,4721 | 66,64 | | ЛК7 | 1,4846 | 66,17 | К | К8 | 1,5183 | 63,86 | | К108 | 1,5183 | 63,86 | | К208 | 1,5184 | 63,38 | | К17 | 1,5183 | 63,83 | | К18 | 1,5212 | 60,15 | | К100 | 1,5237 | 59,34 | БК | БК4 | 1,5324 | 60,20 | | БК104 | 1,5324 | 60,17 | | БК6 | 1,5421 | 59,39 | | БК8 | 1,5489 | 62,56 | | БК10 | 1,5713 | 55,76 | ТК | ТК2 | 1,5749 | 57,20 | | ТК9 | 1,6199 | 53,76 | | ТК12 | 1,5710 | 62,71 | | ТК14 | 1,6155 | 60,33 | | ТК114 | 1,6155 | 60,34 | | ТК16 | 1,6152 | 58,09 | | ТК17 | 1,6152 | 58,09 | | ТК20 | 1,6305 | 59,10 | | ТК21 | 1,6247 | 56,43 | | ТК121 | 1,6600 | 50,82 | | ТК23 | 1,5915 | 61,01 | | ТК123 | 1,5911 | 60,68 | СТК | СТК3 | 1,6622 | 57,09 | | СТК103 | 1,6622 | 57,10 | | СТК8 | 1,7065 | 49,41 | | СТК9 | 1,7460 | 50,01 | | СТК12 | 1,6950 | 54,80 | | СТК112 | 1,6950 | 54,73 | | СТК19 | 1,7476 | 50,20 | | СТК119 | 1,7476 | 50,21 | ОК | ОК4 | 1,4485 | 91,53 | КФ | КФ4 | 1,5203 | 58,71 | | КФ6 | 1,5027 | 56,96 | | КФ7 | 1,5200 | 50,87 | БФ | БФ1 | 1,5271 | 54,68 | | БФ7 | 1,5822 | 53,57 | | БФ8 | 1,5857 | 46,17 | | БФ11 | 1,6251 | 52,85 | | БФ16 | 1,6744 | 46,99 | | БФ19 | 1,5923 | 50,67 | | БФ21 | 1,6178 | 39,76 | | БФ24 | 1,6386 | 36,50 | | БФ25 | 1,6108 | 45,82 | | БФ125 | 1,6108 | 45,81 | | БФ28 | 1,6687 | 35,18 | ТБФ | ТБФ10 | 1,8206 | 33,17 | ЛФ | ЛФ5 | 1,5783 | 41,03 | | ЛФ105 | 1,5783 | 41,04 | | ЛФ7 | 1,5818 | 40,83 | | ЛФ9 | 1,5837 | 37,72 | | ЛФ12 | 1,5430 | 44,57 | Ф | Ф1 | 1,6169 | 36,69 | | Ф101 | 1,6179 | 36,76 | | Ф4 | 1,6285 | 33,67 | | Ф6 | 1,6070 | 37,68 | | Ф8 | 1,6291 | 35,31 | | Ф108 | 1,6296 | 35,35 | | Ф13 | 1,6241 | 36,09 | | Ф18 | 1,6292 | 35,03 | ТФ | ТФ1 | 1,6522 | 33,62 | | ТФ101 | 1,6522 | 33,63 | | ТФ2 | 1,6776 | 31,99 | | ТФ3 | 1,7232 | 29,29 | | ТФ103 | 1,7237 | 29,31 | | ТФ4 | 1,7462 | 27,94 | | ТФ104 | 1,7462 | 28,03 | | ТФ5 | 1,7617 | 27,32 | | ТФ105 | 1,7617 | 27,31 | | ТФ7 | 1,7443 | 28,12 | | ТФ8 | 1,6947 | 30,90 | | ТФ10 | 1,8138 | 25,17 | | ТФ110 | 1,8138 | 25,17 | ОФ | ОФ1 | 1,5319 | 51,57 | | ОФ101 | 1,5319 | 51,54 |
|
|