Le verre optique est un verre transparent spécialement conçu qui est utilisé comme pièces pour les instruments optiques. Il diffère de la pureté habituelle et de la transparence accrue, de l'uniformité et de l'incolore. Il normalise également strictement la dispersion et la puissance de réfraction. Le respect de ces exigences augmente la complexité et le coût de production.
Histoire
Vous pouvez trouver de nombreux exemples d'utilisation quotidienne des objectifs, par exemple, une loupe est une loupe ordinaire - vous aidera à créer un petit projecteur à partir d'un smartphone ordinaire, mais les lunettes optiques sont apparues il n'y a pas si longtemps.
Les lentilles sont connues depuis l'Antiquité, mais la première tentative sérieuse de créer un verre similaire à celui utilisé dans les appareils modernes remonte au XVIIe siècle. Ainsi, le chimiste allemand Kunkel dans l'un de ses ouvrages a mentionné les acides phosphorique et borique, qui font partie du composant du verre. Il a également parlé de la couronne de borosilicate, qui est proche de certains matériaux modernes en termes de composition. Cela peut être appelé la première expérience réussie dans la production de verre avec certaines propriétés optiques et un degré suffisant dehomogénéité physique et chimique.
Dans l'industrie
La production de verres optiques à l'échelle industrielle a commencé au début du XIXe siècle. Le Swiss Gian, en collaboration avec Fraunhofer, a introduit une méthode relativement stable pour produire ce verre dans l'une des usines de Bavière. La clé du succès était la technique de mélange de la masse fondue à l'aide de mouvements circulaires d'une tige d'argile immergée verticalement dans du verre. Il a ainsi été possible d'obtenir des verres optiques de qualité satisfaisante, jusqu'à 250 mm de diamètre.
Production moderne
Dans la production de verres optiques colorés, des additifs de substances contenant du cuivre, du sélénium, de l'or, de l'argent et d'autres métaux sont utilisés. La cuisson vient de la charge. Il est chargé dans des pots réfractaires, qui sont à leur tour placés dans un four à verre. La composition de la charge peut comprendre jusqu'à 40% de déchets de verre, un point important est la conformité de la composition du calcin et du verre en fusion. La masse de verre pendant la cuisson est continuellement mélangée avec une spatule en céramique ou en platine. De cette manière, un état uniforme est atteint.
Périodiquement, la fonte est prise pour un échantillon, qui contrôle la qualité. Une étape importante de la fusion est la clarification: dans la masse de verre, la libération d'une quantité importante de gaz commence à partir des substances clarifiantes qui ont été initialement ajoutées au mélange. De grosses bulles se forment et montent rapidement, emprisonnant les plus petites bulles qui se forment inévitablement pendant le processus d'infusion.
Enfin, les pots sont retirés du four, après quoirefroidir lentement. Le refroidissement, ralenti par des techniques spéciales, peut durer jusqu'à huit jours. Elle doit être uniforme, sinon des contraintes mécaniques peuvent se former dans la masse, ce qui provoque des fissures.
Propriétés
Le verre optique est un matériau pour la production de lentilles. Ils sont à leur tour divisés par type en collecte et diffusion. Les lentilles collectrices comprennent les lentilles biconvexes et plano-convexes, ainsi que les lentilles concaves-convexes, appelées « ménisque positif ».
Le verre optique a plusieurs caractéristiques:
- indice de réfraction déterminé par deux raies spectrales appelées doublet de sodium;
- dispersion moyenne, qui est comprise comme la différence entre la réfraction des lignes rouges et bleues du spectre;
- coefficient de dispersion - un nombre donné par le rapport de la dispersion moyenne et de la réfraction.
Le verre optique coloré est utilisé pour la production de filtres d'absorption. Selon le matériau, il existe trois principaux types de verres optiques:
- inorganique;
- plexiglas (organique);
- minéral-organique.
Le verre inorganique contient des oxydes et des fluorures. Le verre optique à quartz appartient également à l'inorganique (formule chimique SiO2). Le quartz a une faible réfraction et une transmission lumineuse élevée, il se caractérise par une résistance à la chaleur. Une large gamme de transparence lui permet d'être utilisé dans destélécommunications (câbles à fibres optiques, etc.), le verre de silicate est également indispensable dans la fabrication de lentilles optiques, par exemple, une loupe est en quartz.
À base de silicium
Le verre de silicate transparent peut être à la fois optique et technique. L'optique est fabriquée en faisant fondre du cristal de roche, ce n'est qu'ainsi qu'une structure complètement homogène est obtenue. Dans les verres opaques, de petites bulles de gaz à l'intérieur du matériau sont responsables de la couleur.
En plus du verre de quartz à base de silicium, le soi-disant verre de silicium est également produit, qui, malgré une base similaire, a des propriétés optiques différentes. Les cellules au silicium sont capables de réfracter les rayons X et de transmettre le rayonnement infrarouge.
Verre organique
Le soi-disant plexiglas est fabriqué à base d'un matériau polymère synthétique. Ce matériau transparent et dur appartient aux thermoplastiques et est souvent utilisé en remplacement du verre de quartz. Le plexiglas résiste à de nombreux facteurs environnementaux, tels qu'une humidité élevée et des températures basses, mais il est beaucoup plus doux et, par conséquent, plus sensible aux contraintes mécaniques. En raison de sa douceur, le verre optique organique est facile à traiter - même l'outil de coupe de métal le plus simple peut le "prendre".
Ce matériau est idéal pour le traitement au laser et facile à modeler ou à graver. En tant que lentille, il reflète parfaitement les rayons infrarouges, maistransmet les ultraviolets et les rayons X.
Demande
Les verres optiques sont largement utilisés pour la fabrication de lentilles, qui, à leur tour, sont utilisées dans de nombreux systèmes optiques. Une seule lentille convergente sert de loupe. En technologie, les lentilles sont une partie importante ou principale de systèmes tels que les jumelles, les viseurs optiques, les microscopes, les théodolites, les télescopes, ainsi que les caméras et les équipements vidéo.
Les lunettes optiques ne sont pas moins importantes pour les besoins de l'ophtalmologie, car sans elles, il est difficile ou impossible de corriger les déficiences visuelles (myopie, astigmatisme, hypermétropie, troubles de l'accommodation et autres maladies). Les verres de lunettes avec dioptries peuvent être fabriqués à partir de verre de quartz et de plastique de haute qualité.
Astronomie
Les lunettes optiques sont un composant important et le plus cher de tout télescope. De nombreux amateurs assemblent leurs propres réfracteurs, cela nécessite peu, mais le plus important est une lentille en verre plan-convexe.
Au début de l'avant-dernier siècle, il fallait plusieurs années pour fabriquer une lentille astronomique puissante, ou plutôt pour la polir. Par exemple, en 1982, le directeur de l'Université de Chicago, William Harper, a approché le millionnaire Charles Yerkes avec une demande de financement de l'observatoire. Yerkes y a investi environ trois cent mille dollars, dont quarante mille dépensés pour acheter une lentille pour le télescope le plus puissant de la planète à cette époque. L'observatoire a été nommé d'après le financier Yerkes, et jusqu'à présent ce réfracteur avec un diamètre de lentille de 102cm est considéré comme le plus grand du monde.
Les télescopes de grand diamètre sont des réflecteurs, dans lesquels le miroir est un élément collecteur de lumière.
Il existe un autre type de lentille utilisée à la fois en astronomie et en ophtalmologie - le verre à surfaces convexes-concaves, appelé ménisque. Il peut être de deux types: diffusant et collectant. Dans le ménisque diffusant, la partie extrême est plus épaisse que la partie centrale, et dans le ménisque collecteur, la partie centrale est plus fine.
