додати матеріал


Оптичні характеристики матеріалів для виготовлення оптичних деталей

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

УО БДУІР

Факультет комп'ютерного проектування

Кафедра електронної техніки і технології

РЕФЕРАТ

на тему:

«ОПТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ОПТИЧНИХ ДЕТАЛЕЙ»

МІНСЬК, 2008

1.ОПТІЧЕСКОЕ СКЛО

Основним матеріалом для виготовлення оптичних деталей служить оптичне скло, яке відрізняється від технічного високим ступенем однорідності, хімічним складом і фізичними властивостями. Скло стійко по відношенню до дії вуглекислоти, добре зберігає форму і легко обробляється.

Основну частину більшості марок скла складає кремнезем SiO 2. Скло з чистого плавленого кремнезему - кварцове скло - добре пропускає ультрафіолетові промені, має жароміцністю і високою твердістю, вариться при температурі близько 2000 ° С. Додаючи до кремнезему оксиди натрію і кальцію, можна знизити температуру варіння. Скло, що має в складі 65% SiO 2, 35% Na 2 O, може бути зварене при температурі ~ 1400 ° С, але воно хитке і швидко руйнується. Більше стійке технічне скло, що складається з 75% SiO 2, 15% Na 2 O і 10% CaO, може бути зварене при t = 1450 ° C. Щоб отримати ще більш стійке міцне скло, до складу додають оксиди калію, магнію та алюмінію, в результаті отримують скло типу крон. Показник заломлення і дисперсію скла змінюють, додаючи кисневі сполуки фосфору - фосфорний ангідрид та солі фосфорної кислоти, оксиди бору та барію, отримуючи баритові і важкі крони. Сильно збільшує показник заломлення і дисперсію скла окис свинцю: її вводять до 15% в кронфлінти і більше 40% у важкі флінти.

Набули поширення нові марки скла, до складу яких входять оксиди рідких металів (лантану, танталу, церію та ін.) Лантанових скла (СТК) мають великий показник заломлення і невелику дисперсію. Стекла з окислами талія (СТФ), навпаки, мають великий показник заломлення і велику дисперсію.

Всі стекла діляться на два види - скло крон з невеликими показниками заломлення і дисперсією і скло флінт з великими показниками заломлення і дисперсією. Різкого розмежування між ними немає; ці два види стекол діляться на типи і на марки стекол, в назву яких входить скорочена назва типу стекол і порядковий номер (табл.1). Марка скла визначається показником заломлення , і середньої дисперсією , або коефіцієнтом середньої дисперсії

.

Таблиця 1

Тип скла

Марка скла

Легкі крони ЛК

ЛК6

1,4704

66,8

Фосфатні крони ФК

ФК1

1,5176

69,6

Крони До

К8

1,5163

64,1

Баритові крони БК

БК6

1,5399

59,7

Важкі крони ТК

ТК16

1,6126

58,3


ТК21

1,6568

51,1

Надважкі крони СТК

СТК9

1,7424

50,2

Кронфлінти КФ

КФ7

1,5170

51,4

Легкі флінти ЛФ

ЛФ6

1,5749

41,3

Флінти Ф

Ф1

1,6128

36,9

Баритові флінти БФ

БФ25

1,6079

46,2

Важкі флінти ТФ

ТФ5

1,7550

27,5

Надважкі флінти СТФ

СТФ1

20,361

18,1

Особливі флінти ОФ

ОФ1

1,5294

51,8

Таблиця 2

Колір

Червоний

Жовтий

Зелений

Позначення лінії Фраунгофера

А

З

D

d

e

Довжина хвилі в мкм

768

656,3

589,3

587,6

546,1

Хімічний елемент, у спектрі якого є ця лінія

Калій

До

Водень

H

Натрій

Na

Гелій

He

Ртуть

Hg

Колір

Блакитний

Синій

Фіолетовий

Ультрафіолетовий

Позначення лінії Фраунгофера

F

g

G

h

-

Довжина хвилі в мкм

486,1

435,8

434,1

404,7

365,0

Хімічний елемент, у спектрі якого є ця лінія

Водень

H

Ртуть

Hg

Водень

H

Ртуть

Hg

Ртуть

Hg

Показники заломлення вимірюються для певних кольорів (довжин хвиль), зазначених у ГОСТах і нормалей (табл.2).

Характеристики скла представлені на діаграмі.

Скловарних заводи постачають оптичне скло відповідно до вимог креслень і ГОСТу 3514 "Скло оптичне безбарвне". Залежно від ваги заготовок гарантуються категорії і класи з пузирістості і светопоглощение вказані в табл.11 ГОСТу 3514.

Флінти прозоріші, ніж крони. Тільки скла К8, БК10, Ф1 і Ф4 по светопоглощение поставляються 00 категорії. Простіші за складом скла ЛК3, ЛК4, КФ4, КФ6, К3, К8, БК6, БК10, ЛФ5, ЛК5 починають пропускати близьку ультрафіолетову частину з довжиною хвилі 320-330 нм. Важкі крони починають пропускати промені з довжиною хвилі більше 360 нм, а важкі флінти - більше 370 нм. У інфрачервоній області спектра всі стекла пропускають добре до довжини хвилі 2700 нм при товщині 10 нм і до 4500 нм - при товщині 1 нм. При опроміненні скла гамма-променями темніє помітно у фіолетовій і менш помітно в інфрачервоній області спектру. Скло зі спеціальними добавками - соті і двохсотий (К108, БК110, К208, БК210 та ін) темніють значно менше.

Вартість оптичного скла висока і сильно зросте за суворих вимогах до пузирістості і светопоглощение, тому вони повинні пред'являтися тільки при необхідності. Заготівлі з оптичного скла поставляються лише в тому випадку, якщо товщина її менше 1 / 15 діаметра.

При зміні температури показник заломлення і розміри оптичних деталей для кожної марки скла змінюються різному, внаслідок чого знижується якість зображення і змінюються характеристики оптичної системи.

Коефіцієнт лінійного розширення більшості марок скла α = 75 90 * 10 -7, Ф8 має α = 100 * 10 -7, ЛК5 - 33 * 10 -7 і ЛК7 - 40 * 20 -7.

Для виготовлення захисних стекол і призм застосовуються беспузирние, хімічно стійкі, прозорі і прості за складом марки скла К8, БК10 і тільки при помітних коливаннях температури - ЛК5 і ЛК3, зменшують розлади системи. Для дзеркал вживаються тільки К8, а для більш точних дзеркал - Лк5, ЛК7 і ситалл.

Для сіток, виготовлених фотографічним способом, застосовується скло К8, а для сіток, виготовлених травленням - БК10 або Ф8, що мають майже такий же коефіцієнт лінійного розширення, як і сталь.

Для великих об'єктивів коллиматоров і астрономічних приладів використовуються прості скла К8, Ф1, Ф2, ТК16, а для складних окулярів та фотооб'єктивів - різні марки скла з дуже різними властивостями.

2. ПОКАЗНИКИ ЯКОСТІ ОПТИЧНОГО СКЛА

2.1. Нормовані показники якості

Нестабільність оптичних характеристик скла істотно впливає на якість передачі зображення оптичною системою приладу.

Допуски на показники якості матеріалів розраховують у відповідності з технічними вимогами до оптичної системи. Завищення вимог до показників якості понад необхідні не дає помітного поліпшення вихідних характеристик приладу, в той же час різко збільшує вартість оптичного матеріалу. Наприклад, при зміні вимог до оптичної однорідності скла з третьої категорії на першу вартість скла зростає в 4-5 разів.

Оптичні безбарвні стекла нормують в заготовках за такими показниками якості: показником заломлення n e, середньої дисперсії n F - n C, однорідності партії заготовок за показником заломлення і середньої дисперсії, оптичної однорідності, подвійне променезаломлення, бессвільності, показником ослаблення, міхурово.

У залежності від граничних відхилень зазначених показників ГОСТ 3514 передбачає різні категорії і класи якості скла.

Показник заломлення n C і середня дисперсія нормуються п'ятьма категоріями якості з наступними допустимими відхиленнями і :

Таблиця 3:

Категорія

104

105

1

± 2

± 2

2

± 3

± 3

3

± 5

± 5

4

± 10

± 10

5

± 20

± 20

Скло звичайної якості, що використовується для виготовлення оптичних деталей кінофотооптікі, відноситься до 4-ої категорії за і .

Допуски на і можуть бути розширені у порівнянні з розрахунковими за умови обмеження відхилень за цими показниками для заготовок усередині однієї партії.

У цьому випадку фактичні значення і враховуються при комплектуванні оптичних деталей системи, а необхідна якість вихідних параметрів зберігається шляхом корекції геометричних розмірів лінз: товщини, радіусів або повітряних проміжків між лінзами.

За однорідності показника заломлення в партії заготовок встановлено чотири класи, а по середній дисперсії два класи якості.

Таблиця 4:

Клас

Найбільша різниця 104 в партії заготовок

Найбільша різниця 105 в партії заготовок

А

0,2

-

Б

0,5

-

У

1

1

Г

У межах заданої категорії

У межах заданої категорії

Оптична неоднорідність скла та інших оптичних матеріалів розглядається як неоднорідність показника заломлення за обсягом матеріалу.

Залежно від причини утворення неоднорідності можуть бути хімічного або фізичного походження. Хімічні неоднорідності - звили виникають в процесі варіння та вироблення скла і обумовлені мінливістю хімічного складу зважаючи непровару або випаровування окремих компонентів, роз'їдання стінок скловарних судин і поганий гомогенізації розплаву. Розрізняють шаруваті ниткоподібні звили і вузлові у вигляді невеликих витягнутих сфер та відходять від них нитками

Метод контролю бессвільності полягає в оцінці тіньової картини звили, одержуваної на екрані проекційної установки і порівнянням її з тіньовою картиною еталонних звили 1-й або 2-ї категорії бессвільності.

Фізичні неоднорідності пов'язані з освітою в заготовках скла залишкових напружень при відпалі внаслідок швидкого охолодження або температурних градієнтів у печі. Напруження в прозорих матеріалах викликають появу подвійного променезаломлення і зміна значення показника заломлення.

При проходженні через напружений скло поляризованого променя, отриманого за допомогою будь-якого поляризатора, відбувається його роздвоєння на промені, що поширюються в площині головних напружень з різною швидкістю і мають на виході різниця ходу. Різниця ходу променів, яка вимірюється в нанометрах на сантиметр шляху, характеризують подвійне променезаломлення. Фізичні неоднорідності можуть бути усунені повторним тонким відпалом. За подвійне променезаломлення встановлено п'ять категорій якості з граничними відхиленнями 1,5-65 нм / см.

Бессвільность та подвійне променезаломлення дозволяють швидко оцінити оптичну однорідність заготівлі і при невеликих розмірах заготовки є достатніми критеріями її якості. Однак обидва ці показники не дають кількісної оцінки неоднорідності на різних ділянках заготовки великих розмірів і не характеризують плавні зміни показника заломлення, хоча останні погіршують якість зображення більше, ніж поодинокі грубі звили.

Виміряти безпосередньо значення показника заломлення по полю заготівлі вельми складно. Тому передбачено кілька непрямих методів оцінки оптичної однорідності. Перший - визначення числового відносини кута дозволу φ колліматорної установки, в яку введена заготівля, до кута дозволу φ 0 тієї ж установки без зразка скла. Метод використовується для контролю заготовок розмірами 60-250 мм, для нього встановлено чотири категорії якості скла з відношенням φ / φ 0, рівним 1,0-1,2. При контролі заготовок, що відносяться до першої категорії якості, додатково контролюється якість зображення дифракційної точки на коліматорі. Точка повинна проектуватися у вигляді центрального плями оточеного двома концентричними кільцями без розривів, хвостів і спотворення форми. Оптичну однорідність заготовок розмірами більше 250 мм оцінюють за коефіцієнтами, що характеризує вплив різних чинників: подвійного променезаломлення, бессвільності, асиметричності фізичних неоднорідностей по полю. Заготівлі, призначені для виготовлення оптичних деталей високоточних об'єктивів коллиматоров, інтерференційних і астрономічних приладів, у яких залишкові хвильові аберації системи мають значення, співмірні з додатковими спотвореннями, викликаними неоднорідністю скла, перевіряють інтерференційними методами зі спотворення хвильового фронту. Точність вимірювання Δ n повинна бути в межах (1 5) * 10 -6. Вимоги до однорідності подібних деталей обумовлюються особливо в технічній документації на заготовку. Светопоглощение скла нормується за показником ослаблення μ А, який представляє собою величину. Зворотну відстані, на якій потік випромінювання джерела світла типу А послаблюється внаслідок поглинання і розсіювання в склі в 10 разів.

Зменшення ослаблення світла у склі має велике значення при виробництві багатолінзові оптичних систем об'єктивів для передачі кольорового зображення, волоконно - оптичних елементів.

Встановлено вісім категорій якості скла, нормованих за показником ослаблення, з допустимими значеннями μ А = 0,0002 0,0130 см -1.

2.2. Пороки скла.

Отримати скло, повністю вільний від вад, практично неможливо.

Бульбашки і прирівнюються до них камені в склі є включеннями, що утворюються при варінні внаслідок поганого освітлення светомасси, попадання в неї непроварених частинок шихти і шамоту зі стінок посуду для варіння та освіта кристалів (рис.1, в). Поодинокі бульбашки не впливають на роздільну здатність приладу. Збільшення числа бульбашок призводить до екранування світла, збільшення його розсіювання. У деталях типу сіток, лімбів, розташованих у фокальній площині вимірювальних приладів, притискних пластинах проекційних приладів, міхури чітко проглядаються і заважають спостереженню, кількість їх повинна обмежуватися. Розкриті бульбашки на робочих поверхнях оптичних деталей при обробці призводять до появи располировать зон, ускладнюють чистку оптичних деталей. Камені є джерелом виникнення тріщин і напруг у склі при термічних навантаженнях.

Присутність міхурів і каменів в заготовках регламентується; ГОСТ 13240 встановлено 11 категорій якості. У заготовках першої категорії не допускаються бульбашки діаметром більше 0,002 мм, по десятій категорії дозволяється присутність бульбашок до 5 мм. Крім того, каталогом оптичного скла передбачена оцінка пузирістості сировинного блочного скла за кількістю бульбашок, видимих ​​на площі проекції куба скла об'ємом 100 см 3. Ця оцінка є довідковою та використовується при обробленні блоку скла на заготовки.

Камені, кристали і головки вузлових звили оцінюють як бульбашки такого ж діаметру. Камені, супроводжувані тріщинами в заготовках оптичних деталей, що не допускаються (рис.1, г).

3. КОЛЬОРОВЕ СКЛО

Кольорове скло - оптичне (ГОСТ 9411), призначений для виготовлення різних світлофільтрів, застосовуваних у фотографії, наглядових і спектральних приладах, для захисту очей від шкідливого світлового дії джерел світла в ультрафіолетовій видимій або інфрачервоній області і т.п. Виготовляється понад сто марок кольорового скла. У залежності від спектральних властивостей скла діляться на типи: ультрафіолетові (УФС), фіолетові (ФС), сині (СС), синьо-зелені (CPC), жовто-зелені (ЖЗС), жовті (ЖС), помаранчеві (ОС), червоні (КС), інфрачервоні (ІКС), пурпурні (ПС), нейтральні (НС), темні (ТЗ) і безбарвні (БС).

Залежно від типу барвника скла діляться на:

1) забарвлені селеном і сірчистим кадмієм з різким поділом пропускається частини спектра від непропускаемой - це жовті, помаранчеві та червоні скла; 2) забарвлені молекулярні барвниками з більш складної кривої спектрального пропущення - це жовто-зелені, зелені, сині, червоні КС10, 11, пурпурні, темні, нейтральні (рис.2, 3,4).

Спектральна характеристика перший скла визначається:

а) показником поглинання К для обумовлюється в Гості довжини хвилі ;

б) довжиною хвилі , Що характеризує кордон спектральної області пропускання, при якій оптична щільність скла в шарі заданої товщини перевищує на 0,3 значення найменшої оптичної щільності в тій же товщині, тобто пропускання в 2 рази менше. Допуски на по 1, 2, 3-ї категорії: ± 5; ± 10 і ± ​​15 нм відповідно;

в) крутизною До p оптичної щільності у шарі заданої товщини, яка визначається різницею щільності при довжині хвилі λ пр - 20 нм і λ пр, тобто .

Показник поглинання і оптична щільність пов'язані співвідношенням: , Де - Товщина скла в мм; ; 0,038, Тут - Оптична щільність скла з додаванням втрат на відбиття. Спектральна характеристика другого скла визначається значенням показника поглинання для певних довжин хвиль, найменшим і , Різницями показників поглинання для певних довжин хвиль, при цьому по 1, 2, 3-ї категорії: ± 5; ± 10 і ± ​​20% відповідно.

За однорідності і подвійного променезаломлення забезпечується 3-я категорія, по свільності - 2В і пузирістості 3-8, класу Г і Д в залежності від марки і ваги скла.

У наглядових приладах рекомендується застосовувати світлофільтр зі скла ОС17 товщиною не більше 2 мм для посилення контрастності за рахунок ослаблення повітряної димки і зменшення хроматизм очі і нейтральні фільтри (НС 6, 7, 8, 9, 10, 11) - для ослаблення зайвої яскравості.

В контрольно-вимірювальних приладах слід застосовувати світлофільтри зі скла марок Ж3С9, ЖЗС1 і ЗС3 товщиною 1 мм при діаметрі до 10 мм, 1,5 мм при діаметрі 10-18; 2 мм при діаметрі 18-50 мм і 3 мм при діаметрі 50 - 80.

Для аерофотозйомки рекомендується застосовувати світлофільтри зі скла ЖЗ18, ОС14 і КС14. Світлофільтри для фотографії виготовляються зі скла марок БС8, ЖС12, ЖС17, ЖС18, ОС12, КС11, ЖЗС9.

Заготівля з кольорового оптичного скла нормують за такими показниками якості: показником поглинання , Бессвільності, неоднорідності забарвлення, міхурово і подвійного променезаломлення. Для стекол, забарвлених сульфоселенідамі або селенід (скла ЖС, ОС і КС), нормують також мінімальну оптичну щільність при товщині скла 10 мм; довжину хвилі , При якій оптична щільність скла перевищує на 0,3 оптичну щільність скла тієї ж товщини при довжині хвилі ; Крутизну кривої оптичної щільності, що дорівнює різниці оптичних щільностей скла при довжинах хвилі -20Нм і .

Кварцове оптичне скло має марки:

КУ - без помітної смуги поглинання при λ = 240 нм, що йде для різних деталей спектрофотометрів та інших приладів, що працюють в ультрафіолетовій області спектра (від λ = 160 нм).

КВ - не вільне від смуг поглинання при λ = 240 нм і λ = 2700 нм - для деталей, що працюють у видимій області і в інтервалі довжин хвиль 250-2500 нм, що вимагають високої термостійкості та жароміцності.

КД - без помітної смуги поглинання при λ = 2700 нм - для приладів, що працюють в інфрачервоній області спектру.

Високі вимоги за спектральним пропускання, однорідності, подвійне променезаломлення, пузирістості, бессвільності дозволяють використовувати кварцове скло в найвідповідальніших приладах. Діаметр чи сторона заготовок 50-200 мм, найменша товщина - 8 мм і відношення діаметра до товщини 15:1; n D = 1.4586 ± 4 · 10 -4; = 0.00675 ± 3 · 10 -5; = 67,9.

Коефіцієнт лінійного розширення 2 · 10 -7 (t =- 60 ° +20 °) і 5 · 10 -7 при t = 20 120 °, тобто помітно менше, ніж в оптичного скла.

Хімічна стійкість по ГОСТу 3514-57 * до вологій атмосфері - група А і до кислих розчинів 1-3 (досить стійко).

Питома вага 2,21, твердість 6 за шкалою Мооса і 2 - за сошліфовиванія в порівнянні з К8, прийнятим за одиницю.

Кварцове скло застосовується для конденсорів, лінз об'єктивів, призм та вікон у спектральних та інших приладах, що працюють в ультрафіолетовій чи інфрачервоній областях, для виготовлення дуже точних дзеркал і кінцевих відбивачів.

ЛІТЕРАТУРА

  1. Малов О.М., Законников Обробка деталей оптичних приладів. Машинобудування, 2006. - 304 с.

  2. Бардін О.М. Збірка і юстирування оптичних приладів. Вища школа, 2005. - 325с.

  3. Кривов'яз Л.М., Пуряев Д.Т., Знам'янська М.А. Практика оптичної вимірювальної лабораторії. Машинобудування, 2004. - 333 с.

  4. Довідник технолога-оптика під редакцією М.А. Окатова, Політехніка Санкт-Петербург, 2004. - 679 с.

  5. Довідник технолога-машинобудівника в 2-х частинах. Під редакцією А.М. Дальського, А.Г. Косилової, Р.К. Мещерякова. Машинобудування 2001

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Реферат
102.9кб. | скачати


Схожі роботи:
Виготовлення контейнера для деталей за ескізом
Вибір матеріалів для виготовлення чоловічого демісезонного пальто
Особливості вибору пакету матеріалів для виготовлення жіночих туфель
Товарознавчо характеристика пушно-хутряних товарів і матеріалів використовуваних для виготовлення
Товарознавча характеристика пушно хутряних товарів і матеріалів що використовуються для виготовлення одягу
З`єднання оптичних деталей
Фізико-технологічні основи одержання оптичних волокон для волоконно-оптичних ліній звязку
Сировина матеріали способи виготовлення пакувальних матеріалів і тари з металу для м`ясних консервів
Заготівля та обробка оптичних деталей
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru