Оптическое стекло

Диаграмма Аббе дает обзор показателя преломления и числа Аббе типов оптического стекла.

Под оптическим стеклом подразумевается стекло для изготовления оптических компонентов (таких как линзы , призмы и зеркала ) для оптических систем, таких как линзы , микроскопы или телескопы . Оптическое стекло не обязательно отличается химически от обычного стекла, из которого сделаны оконные стекла, но его оптические свойства точно регулируются с помощью целевых химических добавок. Оптические и механические свойства также тщательно проверяются и документируются производителями.

Оптические и физико-химические свойства

Оптические свойства, которые имеют решающее значение для использования стекла для оптических компонентов, поддерживаются в узких пределах во время изготовления стекла и контролируются гораздо точнее, чем z. Б. с оконным стеклом. Кроме того, они точно задокументированы производителем для каждого типа стекла. К ним относятся:

  • Преломления и его зависимость от длины волны света ( дисперсии ). Последний в основном характеризуется числом Аббе . Частичные дисперсии и часто коэффициенты формулы дисперсии, такой как уравнение Селлмейера или Коши , даются для более точного описания дисперсии .
  • Отклонения от однородности стекла, такие как полосы (ленточные короткодействующие колебания показателя преломления внутри стеклянного компонента в диапазоне от 0,1 до 2 мм) или содержание пузырьков и других включений.
  • Свойства, которые важны для производства оптических компонентов и их поведения при использовании, такие как шлифуемость, тепловое расширение , изменение показателя преломления в зависимости от температуры или чувствительность к химическим воздействиям ( коррозия стекла ).

Виды и названия оптических очков

Зависимость показателя преломления от длины волны для некоторых типов оптического стекла.

Сегодня существует более 250 оптических очков. Они в основном основаны на двух наиболее важных семействах стекла Kronglas K (английская корона ) и Flintglas F (английская кремень ). Кроме того, в названии очков Schott есть с добавлением S для «тяжелого» (англ. Dense ) высокий показатель преломления и L для «легкого» (англ. Light display), низкий показатель преломления, как у тяжелого бесцветного стекла SF6 (например, или Светлое бесцветное стекло LF5). Дополнительные химические компоненты, которые имеют решающее значение для оптических свойств, помещаются перед основными типами стекла в обозначении (например, бариевое краун-стекло N- Ba K4 или S- BA L14 или фторное краун-стекло F K). Экологически чистые стекла без содержания мышьяка и свинца также имеют маркировку N- (например, N-BK7) в компании Schott и S- с помощью Ohara (например, S-BSL7). Исключение составляют очки, которые продаются под их торговыми марками , например стеклокерамика Zerodur .

Примеры некоторых видов оптического стекла от разных производителей
(показатель преломления n d при 587,6 нм)
Тип стекла Schott AG Хойя К.К. Corning Inc. Ohara Inc. Плотность
в г / см³		 н д
Кварцевое стекло 2,20 1,46 68
Фторсодержащее коронное стекло N-FK51A 3,68 1,49 85
Корона стекло N-K5 C5 S-NSL5 2,59 1,52 60
Боросиликатное коронное стекло N-BK7 BSC7 BSC B16-64 S-BSL7 2,51 1,52 64
ZERODUR® 2,53 1,54
Стекло с бариевой короной N-BaK4 BaC4 S-BAL14 3,05 1,57 56
Светлое бесцветное стекло LF5 FL5 3,22 1,58 41 год
Стекло с массивной короной N-SK4 BaCD4 S-BSM4 3,54 1,61 59
Бесцветное стекло F2 F2 3,60 1,62 36
Тяжелое бесцветное стекло N-SF10 E-FD10 FeD D28-28 S-TIH10 3,05 1,73 29
Тяжелое бесцветное стекло SF6 FD6 FeD E05-25 5,18 1,81 25-е
Тяжелое бесцветное стекло N-SF6 FD60 S-TIH6 3,37 1,81 25-е
Лантановое тяжелое бесцветное стекло N-LaSF9 TaFD9 S-LAH71 4,41 1,85 32

Химический состав и дальность передачи

В следующей таблице показан химический состав в процентах по массе и диапазон пропускания некоторых важных типов оптического стекла. Дальность передачи является приблизительной и незначительно отличается в зависимости от типа субстекла. Передачи также зависит от толщины стекла.

Тип стекла SiO 2 Al 2 O 3 Na 2 O К 2 О CaO P 2 O 5 В 2 О 3 PbO BaO Li 2 O TiO 2 ZrO 2 ZnO MgO Nb 2 O 5 Дальность передачи
Кварцевое стекло 100 200 ... 3000 нм
Боросиликатное стекло 80 3 4-й 0,5 12,5 350 ... 2000 нм
Коронное стекло (K) 73 2 5 17-е 3 350 ... 2000 нм
Боросиликатное коронное стекло (BK7) 70 8.4 8.4 10 2,5 350 ... 2300 нм
Флинт стекло (F) 62 Шестой 8-е 24 400 ... 2500 нм
ZERODUR® 55,4 25,4 0,2 0,6 7.2 3,7 2.3 1,8 1.6 1 400 ... 2700 нм
Тяжелое бесцветное стекло (SF6) 27,3 1.5 71 380 ... 2500 нм
Тяжелое бесцветное стекло (N-SF6 / S-TIH6) 25-е 10 10 10 10 25-е 1 5 400 ... 2000 нм

Комбинация оптических очков

Производители стекла предлагают широкий выбор видов стекла с различными преломляющими и дисперсионными свойствами. Чем больше очков может выбрать дизайнер, которые он может объединить в оптическую систему (например, объектив ), тем легче будет исправить аберрации .

Например, используя два стекла с разными числами Аббе, можно реализовать ахроматический объектив, хроматическая аберрация которого (цветовая ошибка) в значительной степени исправлена. Остальная часть хроматической аберрации называется вторичным спектром . С помощью трех различных стекол, из которых по крайней мере одно является стеклом с аномальной дисперсией , можно построить апохромат , в котором также устранен вторичный спектр и который практически не имеет цветовых ошибок.

Кроме того, для коррекции нехроматических аберраций полезно иметь очки с различными комбинациями показателя преломления и числа Аббе, особенно так называемые очки с высоким показателем преломления, которые имеют высокий показатель преломления с большим числом Аббе.

литература

  • Ганс Бах, Норберт Нейрот: Свойства оптического стекла. 2-е издание. Springer, 1995, ISBN 3-540-58357-2 .
  • Джай Сингх: Оптические свойства конденсированных сред и приложения. John Wiley & Sons, 2006, ISBN 0-470-02192-6 , стр. 159-196 ( Глава 8 - Оптические свойства очков ).
  • Джордж Х. Стюард: Оптический дизайн микроскопов (учебные тексты SPIE). SPIE Press, 2010, ISBN 978-0-8194-8095-8 , стр. 169-194 ( Глава 17/18 - Оптические материалы / Состав и спектры материалов ).

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Ральф Джедамзик, Питер Хартманн: Однородность оптических стекол. (PDF) В: DGaO-Proceedings. 2004 г.
  2. ^ A b Ганс Бах, Норберт Нейрот: Свойства оптического стекла . Springer, 1995, ISBN 978-3-540-58357-8 , стр. 39-76 .
  3. ↑ Таблицы данных по оптическому стеклу . Schott AG, 2011; Проверено 1 октября 2012 года.
  4. ↑ Оптические очки - техническая информация . (PDF; 652 kB) OHARA GmbH, 2010; Проверено 8 ноября 2011 года.
  5. ↑ а б Д. Хейман, Д. С. Гамильтон, Р. В. Хеллварт: Измерения бриллюэновского рассеяния на оптических стеклах. В: Physical Review B (Condensed Matter). Том 19, выпуск 12, 1979 г., стр. 6583–6592, Phys.uconn.edu (PDF)
  6. ↑ Майкл Дж. Виенс: Стойкость к разрушению и рост трещин Зеродура. В: Технический меморандум НАСА 4185, апрель 1990 г., ntrs.nasa.gov (PDF)
  7. ^ Джордж Х. Стюард: Оптический дизайн микроскопов (учебные тексты SPIE). SPIE Press, 2010, ISBN 978-0-8194-8095-8 , стр. 194 ( Глава 18 - Состав и спектры материалов. )