Optické sklo je špeciálne vyrobené priehľadné sklo, ktoré sa používa ako súčasti pre optické prístroje. Odlišuje sa od bežnej čistoty a zvýšenej priehľadnosti, rovnomernosti a bezfarebnosti. Tiež prísne normalizuje disperziu a refrakčnú silu. Dodržiavanie takýchto požiadaviek zvyšuje zložitosť a náklady na výrobu.
História
Príkladov každodenného používania šošoviek nájdete veľa, napríklad lupa je obyčajná lupa - vám pomôže vytvoriť malý projektor z obyčajného smartfónu, ale optické okuliare sa objavili nie tak dávno.
Šošovky sú známe už od staroveku, ale prvý seriózny pokus o vytvorenie skla podobného tomu, ktoré sa používa v moderných zariadeniach, možno vystopovať až do 17. storočia. Nemecký chemik Kunkel teda v jednom zo svojich diel spomenul kyseliny fosforečné a borité, ktoré sú súčasťou sklenenej zložky. Hovoril aj o borosilikátovej korune, ktorá je zložením blízka niektorým moderným materiálom. Tak možno nazvať prvú úspešnú skúsenosť s výrobou skla s určitými optickými vlastnosťami a dostatočným stupňomfyzikálna a chemická homogenita.
V priemysle
Výroba optických skiel v priemyselnom meradle začala začiatkom 19. storočia. Švajčiar Gian spolu s Fraunhoferom zaviedli v jednom zo závodov v Bavorsku pomerne stabilný spôsob výroby takéhoto skla. Kľúčom k úspechu bola technika miešania taveniny pomocou krúživých pohybov hlinenej tyčinky vertikálne ponorenej do skla. V dôsledku toho bolo možné získať optické sklo uspokojivej kvality až do priemeru 250 mm.
Moderná produkcia
Pri výrobe farebných optických skiel sa používajú prísady látok s obsahom medi, selénu, zlata, striebra a iných kovov. Varenie pochádza z poplatku. Vkladá sa do žiaruvzdorných nádob, ktoré sa zasa umiestnia do sklárskej pece. Zloženie vsádzky môže obsahovať až 40 % skleneného odpadu, dôležitým bodom je súlad zloženia črepov a taviaceho skla. Sklenená hmota sa počas varenia priebežne premiešava stierkou vyrobenou z keramiky alebo platiny. Týmto spôsobom sa dosiahne jednotný stav.
Pravidelne sa z taveniny odoberá vzorka, ktorá kontroluje kvalitu. Dôležitým stupňom tavenia je čírenie: v sklenenej hmote sa začína uvoľňovanie značného množstva plynov z číriacich látok, ktoré boli pôvodne pridané do zmesi. Veľké bubliny sa tvoria a rýchlo stúpajú a zachytávajú menšie bubliny, ktoré sa nevyhnutne tvoria počas procesu varenia.
Nakoniec sa hrnce vyberú z rúry a potompomaly vychladnúť. Ochladzovanie, spomalené špeciálnymi technikami, môže trvať až osem dní. Musí byť rovnomerný, inak sa v hmote môže vytvoriť mechanické napätie, ktoré spôsobí praskliny.
Vlastnosti
Optické sklo je materiál na výrobu šošoviek. Tie sú zase rozdelené podľa typu na zberné a rozptylové. Zberné šošovky zahŕňajú bikonvexné a plankonvexné šošovky, ako aj konkávne-konvexné šošovky, nazývané "pozitívny meniskus".
Optické sklo má niekoľko vlastností:
- index lomu určený dvoma spektrálnymi čiarami nazývanými sodíkový dublet;
- priemerná disperzia, ktorá sa chápe ako rozdiel medzi lomom červenej a modrej čiary spektra;
- disperzný koeficient – číslo dané pomerom priemernej disperzie a lomu.
Farebné optické sklo sa používa na výrobu absorpčných filtrov. V závislosti od materiálu existujú tri hlavné typy optických skiel:
- anorganic;
- plexisklo (organické);
- minerálne-organické.
Anorganické sklo obsahuje oxidy a fluoridy. Kremenné optické sklo patrí tiež medzi anorganické (chemický vzorec SiO2). Kremeň má nízky lom svetla a vysokú priepustnosť svetla, vyznačuje sa tepelnou odolnosťou. Široká škála priehľadnosti umožňuje jeho použitie v modernomtelekomunikácie (káble z optických vlákien a pod.), tiež silikátové sklo je nevyhnutné pri výrobe optických šošoviek, napríklad lupa sa vyrába z kremeňa.
Na báze kremíka
Priehľadné silikátové sklo môže byť optické aj technické. Optický sa vyrába tavením horského kryštálu, len tak sa získa úplne homogénna štruktúra. V nepriehľadných pohároch sú za farbu zodpovedné malé bublinky plynu vo vnútri materiálu.
Okrem kremenného skla na báze kremíka sa vyrába aj takzvané kremíkové sklo, ktoré má napriek podobnej báze odlišné optické vlastnosti. Kremíkové články sú schopné lámať röntgenové lúče a prenášať infračervené žiarenie.
Bio sklo
Takzvané plexi je vyrobené na báze syntetického polymérového materiálu. Tento priehľadný a tvrdý materiál patrí medzi termoplasty a často sa používa ako náhrada kremenného skla. Plexisklo je odolné voči mnohým environmentálnym faktorom, ako je vysoká vlhkosť a nízke teploty, ale je oveľa mäkšie, a preto citlivejšie na mechanické namáhanie. Organické optické sklo je vďaka svojej mäkkosti ľahko spracovateľné – „vezme“ho aj ten najjednoduchší nástroj na rezanie kovov.
Tento materiál je skvelý na laserové spracovanie a ľahko sa vzoruje alebo gravíruje. Ako šošovka dokonale odráža infračervené lúče, aleprenáša ultrafialové a röntgenové lúče.
Aplikácia
Optické sklá sa široko používajú na výrobu šošoviek, ktoré sa zase používajú v mnohých optických systémoch. Ako lupa sa používa jedna zbiehajúca sa šošovka. V technológii sú šošovky dôležitou alebo hlavnou súčasťou takých systémov, ako sú ďalekohľady, optické zameriavače, mikroskopy, teodolity, teleskopy, ako aj fotoaparáty a video zariadenia.
Optické okuliare sú pre potreby oftalmológie nemenej dôležité, pretože bez nich je ťažké alebo nemožné korigovať poruchy zraku (krátkozrakosť, astigmatizmus, ďalekozrakosť, poruchy akomodácie a iné ochorenia). Okuliarové šošovky s dioptriami môžu byť vyrobené z kremenného skla aj z vysokokvalitného plastu.
Astronómia
Optické sklá sú dôležitou a najdrahšou súčasťou každého teleskopu. Mnoho nadšencov si zostavuje svoje vlastné refraktory, vyžaduje to málo, ale najdôležitejšia vec je plankonvexná sklenená šošovka.
Začiatkom predminulého storočia trvalo niekoľko rokov vyrobiť jednu výkonnú astronomickú šošovku, respektíve ju vyleštiť. Napríklad v roku 1982 šéf Chicagskej univerzity William Harper oslovil milionára Charlesa Yerkesa so žiadosťou o financovanie observatória. Yerkes do nej investoval asi tristotisíc dolárov, pričom štyridsaťtisíc vynaložil na nákup šošovky pre v tom čase najvýkonnejší ďalekohľad planéty. Observatórium bolo pomenované po finančníkovi Yerkesovi a doteraz tento refraktor s priemerom šošovky 102cm je považovaný za najväčší na svete.
Teleskopy s veľkým priemerom sú reflektory, v ktorých je zrkadlo prvkom zachytávajúcim svetlo.
V astronómii aj oftalmológii sa používa ďalší typ šošovky – sklo s konvexno-konkávnymi povrchmi, ktoré sa nazýva meniskus. Môže byť dvoch typov: rozptyl a zber. V rozptylovom menisku je krajná časť hrubšia ako stredová a v zbernom menisku je stredná časť tenšia.
