Optiline klaas on spetsiaalselt valmistatud läbipaistev klaas, mida kasutatakse optiliste instrumentide osadena. See erineb tavapärasest puhtusest ja suurenenud läbipaistvusest, ühtlusest ja värvitusest. Samuti normaliseerib see rangelt dispersiooni ja murdumisvõimet. Selliste nõuete järgimine suurendab tootmise keerukust ja kulusid.
Ajalugu
Läätsede igapäevasest kasutamisest leiate palju näiteid, näiteks suurendusklaas on tavaline luup - aitab luua tavalisest nutitelefonist väikese projektori, kuid optilised prillid on ilmunud mitte nii kaua aega tagasi.
Läätsed on tuntud juba iidsetest aegadest, kuid esimene tõsine katse luua tänapäevastes seadmetes kasutatavale sarnane klaas pärineb 17. sajandist. Niisiis mainis saksa keemik Kunkel ühes oma töös fosfor- ja boorhapet, mis on klaasikomponendi osa. Ta rääkis ka boorsilikaatkroonist, mis on koostiselt lähedane mõnele kaasaegsele materjalile. Seda võib nimetada esimeseks edukaks kogemuseks teatud optiliste omadustega ja piisaval tasemel klaasi tootmiselfüüsikaline ja keemiline homogeensus.
Tööstuses
Optiliste klaaside tootmine tööstuslikus mastaabis algas 19. sajandi alguses. Šveitsi Gian koos Fraunhoferiga tutvustas ühes Baieri tehases suhteliselt stabiilset meetodit sellise klaasi tootmiseks. Edu võtmeks oli sulatise segamise tehnika vertikaalselt klaasi uputatud savipulga ringjate liigutuste abil. Selle tulemusel oli võimalik saada rahuldava kvaliteediga optilist klaasi läbimõõduga kuni 250 mm.
Moodne toodang
Värviliste optiliste klaaside valmistamisel kasutatakse vaske, seleeni, kulda, hõbedat ja muid metalle sisaldavate ainete lisandeid. Toidu valmistamine tuleb tasust. See laaditakse tulekindlatesse pottidesse, mis omakorda asetatakse klaasahju. Laengu koostis võib sisaldada kuni 40% klaasijäätmeid, oluline on klaasipuru ja sulamisklaasi koostise vastavus. Klaasmassi segatakse keetmise ajal pidev alt keraamilisest või plaatinast valmistatud spaatliga. Nii saavutatakse ühtlane olek.
Perioodiliselt võetakse sulamit prooviks, mis kontrollib kvaliteeti. Sulamise oluline etapp on selitamine: klaasimassis algab olulisel määral gaaside eraldumine selgitavatest ainetest, mis segule algselt lisati. Suured mullid tekivad ja tõusevad kiiresti üles, püüdes kinni väiksemad mullid, mis pruulimise käigus vältimatult tekivad.
Lõpuks võetakse potid ahjust välja, misjäreljahuta aeglaselt maha. Spetsiaalsete tehnikate abil aeglustunud jahutamine võib kesta kuni kaheksa päeva. See peab olema ühtlane, muidu võivad massis tekkida mehaanilised pinged, mis tekitavad pragusid.
Atribuudid
Optiline klaas on materjal läätsede tootmiseks. Need jagunevad omakorda tüübi järgi koguvateks ja hajutavateks. Kogumisläätsede hulka kuuluvad kaksikkumerad ja tasapinnalised kumerad läätsed, aga ka nõguskumerad läätsed, mida nimetatakse "positiivseks meniskiks".
Optilisel klaasil on mitmeid omadusi:
- murdumisnäitaja, mis on määratud kahe spektrijoonega, mida nimetatakse naatriumdubletiks;
- keskmine dispersioon, mida mõistetakse kui erinevust spektri punase ja sinise joone murdumise vahel;
- dispersioonikoefitsient – arv, mis saadakse keskmise dispersiooni ja murdumise suhtega.
Värvilist optilist klaasi kasutatakse neeldumisfiltrite tootmiseks. Olenev alt materjalist on kolm peamist tüüpi optilisi klaase:
- anorgaaniline;
- pleksiklaas (orgaaniline);
- mineraal-orgaaniline.
Anorgaaniline klaas sisaldab oksiide ja fluoriide. Anorgaaniliste hulka kuulub ka optiline kvartsklaas (keemiline valem SiO2). Kvartsil on madal murdumine ja kõrge valguse läbilaskvus, seda iseloomustab kuumakindlus. Lai valik läbipaistvust võimaldab seda kasutada tänapäevastestelekommunikatsioon (kiudoptilised kaablid jne), samuti on silikaatklaas asendamatu optiliste läätsede valmistamisel, näiteks luup on valmistatud kvartsist.
Põhineb ränil
Läbipaistev silikaatklaas võib olla nii optiline kui ka tehniline. Optilist valmistatakse mäekristalli sulatamisel, ainult nii saadakse täiesti homogeenne struktuur. Läbipaistmatutes klaasides on värvi eest vastutavad väikesed gaasimullid.
Lisaks ränipõhisele kvartsklaasile toodetakse ka nn räniklaasi, mis vaatamata sarnasele alusele on erinevate optiliste omadustega. Ränielemendid on võimelised murdma röntgenikiirgust ja edastama infrapunakiirgust.
Orgaaniline klaas
Nn pleksiklaas on valmistatud sünteetilise polümeermaterjali baasil. See läbipaistev ja kõva materjal kuulub termoplastide hulka ja seda kasutatakse sageli kvartsklaasi asendajana. Pleksiklaas on vastupidav paljudele keskkonnateguritele, nagu kõrge õhuniiskus ja madal temperatuur, kuid see on palju pehmem ja seetõttu tundlikum mehaanilise stressi suhtes. Tänu oma pehmusele on orgaanilist optilist klaasi lihtne töödelda – isegi kõige lihtsam metallilõikur võib selle "võtta".
See materjal sobib suurepäraselt laseriga töötlemiseks ja seda on lihtne musterdada või graveerida. Objektiivina peegeldab see suurepäraselt infrapunakiiri, kuidedastab ultraviolett- ja röntgenikiirgust.
Rakendus
Optilisi prille kasutatakse laialdaselt läätsede valmistamisel, mida kasutatakse omakorda paljudes optilistes süsteemides. Suurendusklaasina kasutatakse ühte koonduvat läätse. Tehnoloogias on läätsed selliste süsteemide, nagu binoklid, optilised sihikud, mikroskoobid, teodoliidid, teleskoobid, aga ka kaamerad ja videoseadmed, oluline või põhiosa.
Optilised prillid pole oftalmoloogia vajaduste jaoks vähem olulised, sest ilma nendeta on nägemispuude (lühinägelikkus, astigmatism, kaugnägelikkus, akommodatsioonihäired ja muud haigused) korrigeerimine raske või võimatu. Dioptritega prilliläätsi saab valmistada nii kvartsklaasist kui ka kvaliteetsest plastikust.
Astronoomia
Optilised prillid on iga teleskoobi oluline ja kõige kallim komponent. Paljud harrastajad panevad refraktorid ise kokku, see nõuab vähe, kuid kõige tähtsam on tasapinnaline kumer klaasist lääts.
Eel-eelmise sajandi alguses kulus ühe võimsa astronoomilise objektiivi valmistamiseks või õigemini selle lihvimiseks mitu aastat. Näiteks 1982. aastal pöördus Chicago ülikooli juht William Harper miljonär Charles Yerkesi poole palvega observatooriumi rahastada. Yerkes investeeris sellesse umbes kolmsada tuhat dollarit, kusjuures nelikümmend tuhat kulutati objektiivi ostmisele tolleaegse planeedi võimsaima teleskoobi jaoks. Tähetorn sai nime rahastaja Yerkesi järgi ja siiani see refraktor läätse läbimõõduga 102cm peetakse maailma suurimaks.
Suure läbimõõduga teleskoobid on reflektorid, milles peegel on valgust koguv element.
Nii astronoomias kui oftalmoloogias kasutatakse teist tüüpi läätsi – kumer-nõgusa pinnaga klaas, mida nimetatakse meniskiks. Seda võib olla kahte tüüpi: hajutav ja koguv. Hajuvas meniskis on äärmine osa paksem kui keskosa ja koguvas meniskis on keskosa õhem.
