СТЕКЛА ОПТИЧЕСКИЕ С ОСОБЫМИ СВОЙСТВАМИ

Цветные оптические стекла применяют для изготовления светофильтров, ограничивающих или ослабляющих пропускание света заданного спектрального состава.

Основной характеристикой цветного оптического стекла является нормируемая спектральная кривая зависимости пропускания τ_λ или оптической плотности D_λ от длины волны λ.

Каталог цветного оптического стекла СССР содержит 117 марок, разделенных на 15 типов в зависимости от цвета. Марка стекла в соответствии с ГОСТ 9411—75 «Стекло оптическое цветное» обозначается буквами, характеризующими тип (цвет), и порядковым номером, например ЖЗС5 — желто-зеленое стекло пятое (табл. 2).

Таблица 2

Характеристики цветных стекол, рекомендованных ГОСТ 9411—75 для предпочтительного применения

Окраска стекла обусловливается введением в его состав красящих веществ — красителей, которые могут находится в стекле в молекулярно-растворенном или в коллоидном состоянии.

Молекулярные красители — это окислы тяжелых металлов: кобальта, железа, никеля и др.; при варке стекла они полностью растворяются в его основе. Характер спектральной кривой пропускания у стекол, окрашенных молекулярными красителями, при изменении концентрации красителя практически не меняется, изменяется лишь пропускание. Избирательное поглощение света в них обусловлено резонансными колебаниями электронов красителя. При вторичной термообработке окраска стекол, окрашенных молекулярными красителями, не меняется.

На рис. 6 приведены спектральные кривые τ_λ =f (λ) некоторых цветных стекол, окрашенных молекулярными красителями, для толщины l = 2 мм.

Стекло марки СС5 (синее) имеет характерную избирательную кривую пропускания с максимумом в области 415—420 нм. Ультрафиолетовое темное стекло УФС5 ограничивает пропуска­ние ультрафиолетовой части спектра 370—380 нм. Нейтральные стекла НС ослабляют пропускание в видимой части спектра в зависимости от концентрации красителя в составе.

Окраска стекла коллоидными красителями: металлическим золотом, серебром, сульфидами и селенидами кадмия или сурьмы, основана на избирательном рассеивании света дисперсными частицами красителей. Стекла, содержащие коллоидные красители в атомарном состоянии, бесцветны, окраска появляется в результате роста мельчайших кристалликов металла (в пределах 1 — 100 нм) при вторичной термообработке — «наводке».

Наибольшее распространение среди этих стекол получили селенокадмиевые стекла, имеющие желтую, красную и оранжевую окраску. Селенокадмиевые стекла, например ЖС17, КСП (рис 6), имеют высокое значение крутизны кривой оптической плотности стекла К_р равной разности оптических плотностей стекла при длинах волн λ_пр— 20 и λ_пр в нанометрах, где λ_пр — длина волны, при которой оптическая плотность стекла превышает на 0,3 опти­ческую плотность стекла той же толщины при длине волны λ₀в области наименьшего поглощения.

Стекла светорассеивающие (молочные) применяют для изготовления деталей, диффузно рассеивающих проходящий или отра­женный свет, их обозначают индексом МС. Они получают рассеи­вающие свойства благодаря введению в состав соединений фтора в виде криолита, кремнефтористого натрия и других соединений, обеспечивающих «глушение» стекла.

Стекла фотохромные обратимо изменяют свою прозрачность в видимой части спектра в зависимости от величины освещенности и длительности облучения. После прекращения облучения пропускание стекла восстанавливается. Применяют их для изготовления светофильтров, светозащитных очков и экранов и обозначают индексом ФХС.

Основными характеристиками фотохромного стекла являются коэффициент фотохромности К_ф и чувствительность S_ф.

Коэффициент фотохромности — величина, характеризующаяся уменьшением оптической плотности за 30 с термического обесцве­чивания.

Чувствительность S_ф — величина обратная количеству освещенности, необходимого для получения добавочной оптической плотности, равной 0,2.

Наиболее характерным представителем группы фотохромных стекол является стекло марки ФХСЗ, имеющее К_ф = 0,5÷0,7; S_ф = (2÷5) 10^-6 (лк-с)^-1.

Кривая пропускания светофильтра из оптического фотохромного стекла ФХСЗ толщиной 2,5 мм в процессе облучения (зона А) и после облучения (зона Б) приведена на рис. 7.

Радиационно-стойкие стекла сохраняют свои оптические свойства под действием радиационного излучения.

Большинство обычных стекол под действием радиации окрашиваются — темнеют, уменьшается их светопропускание до определенного значения, зависящего от дозы радиации и состава стекла.

Устойчивость стекол к воздействию ионизирующего излучения характеризуется приращением оптической плотности ∆D на 1 см толщины стекла после облучения дозой гамма-излучения 10⁵ Р от источника излучения Со₆₀.

Повышение радиационной устойчивости стекол достигается введением в состав добавок, способных предотвращать образование центров окраски. Наибольший эффект достигается при введении в качестве добавки окиси церия СеО₂.

Стекла, содержащие в своем составе СеО₂, сохраняют светопропускание при гамма-облучении дозами 10⁵ Р, их обозначают как стекла серии 100. Например, радиационно-стойкое стекло марки К8 обозначают КЮ8, величина AD после облучения у него не должна быть более 0,015. По другим оптическим свойствам радиационно-стойкие стекла серии 100 практически не отличаются от своих аналогов серии 0.

Стекла оптические люминесцирующие, активированные неодимом, имеют узкие полосы люминесценции, причем на полосу 1060 нм приходится до 80% всей энергии люминесценции. Их используют для изготовления активных элементов твердотельных оптических квантовых генераторов направленного излучения с длинами волн 900, 1060, 1300 нм, работающих как в режиме свободной генерации, так и в моноимпульсном режиме.

Спектр поглощения стекол, окрашенных неодимом, имеет много полос в видимой и ближней ИК - областях спектра, что облегчает оптическую накачку.

Стекла обозначают индексом ГЛС (генерирующее люминесцирующее стекло), они характеризуются показателем поглощения k_λ при длине волны λ = 586 нм. Значение k_λ находится в пределах от 0,19 до 0,47.

Инфракрасные бескислородные стекла — стеклообразные вещества, отличающиеся от обычных стекол тем, что в их составе нет химических соединений, содержащих кислород, а процесс стеклообразования происходит в бескислородной среде.

Наиболее известны халькогенидные бескислородные стекла, основными компонентами которых являются трехсернистый мышьяк (As₂S₃), селен, германий или теллур.

Халькогенидные стекла прозрачны в инфракрасной области спектра в диапазоне длин волн от 1 до 17 мкм, имеют высокую химическую стойкость, достаточную механическую и термическую прочность. Обозначают их ИКС, они различаются границами пропускания и показателем преломления. Бескислородные инфракрасные стекла используют для изготовления оптических деталей, световодов волоконных элементов, работающих в ИК области спектра.

Стекло оптическое кварцевое — однокомпонентное силикатное стекло на основе кремнезема SiO₂. Это стекло имеет ряд ценных физико-химических свойств: прозрачность в широком диапазоне ультрафиолетовых, видимых, инфракрасных волн и радиочастот; высокую термостойкость; химическую и радиационную устойчивость; малый коэффициент линейного расширения.

Оптическое кварцевое стекло применяют для изготовления прозрачных люков летательных аппаратов, уголковых отражателей, призм спектральных приборов, осветителей активных элементов ОКГ, оболочек источников света и других оптических деталей, подвергающихся резким температурным воздействиям.

В зависимости от основной области спектрального пропускания выпускают оптические кварцевые стекла следующих марок: КУ-1, КУ-2 — прозрачные в ультрафиолетовой области спектра; KB, КВ-Р — прозрачные в видимой области спектра; КИ — прозрачное в инфракрасной области спектра.

Спектральные кривые коэффициента светопропускания τ_λ для кварцевого стекла различных марок в слое толщиной 1 см показаны на рис. 8. Основные физико-химические свойства опти­ческого кварцевого стекла при температуре 20° С приведены в ГОСТ 15130—69 «Стекло кварцевое оптическое».

Ситаллы — особый класс стеклокерамических материалов, имеющих микрокристаллическую структуру с кристаллами размером не более 1—2 мкм, равномерно распределенными по всему объему стеклообразного вещества.

Оптические ситаллы отличаются особо тонкозернистой структурой, размеры кристаллов в них не превышают длины полуволны видимого участка спектра, а показатели преломления кристаллов и стекловидной фазы совпадают или близки между собой, что исключает светорассеивание на границах раздела фаз стекло-кристалл.

Ситаллы имеют повышенные по сравнению со стеклом термостойкость, механическую прочность и твердость; коэффициент линейного расширения ситаллов некоторых марок практически равен нулю.

Оптические ситаллы изготавливают следующих марок:

С0115М (астроситалл)—термостойкий ситалл с малым или близким к нулю коэффициентом линейного расширения. Его применяют для изготовления оптических деталей, в которых не допускается изменение формы поверхности с изменением температуры и работа в проходящем свете, например для астрозеркал, деталей оптических гироскопов, подставок интерферометров и т. п.

СО156 — ситалл с малым или близким к нулю коэффициентом расширения. Он отличается повышенной прозрачностью в видимой области спектра и лучшей однородностью, но имеет меньшую термостойкость. Его применяют для изготовления пробных стекол и деталей измерительной техники.

СО21 — ситалл с отрицательным коэффициентом линейного расширения в пределах от 0 до 350° С, что обеспечивает его высокую термостойкость. Его применяют для изготовления деталей типа обтекателей, защитных экранов и смотровых люков.

Некоторые физико-химические свойства оптических ситаллов приведены в табл. 3.

Таблица 3

Физико-химические свойства оптических ситаллов

Дата добавления: 2014-10-10; просмотров: 866; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!