Optické sklo je speciálně vyrobené průhledné sklo, které se používá jako součásti optických přístrojů. Liší se od obvyklé čistoty a zvýšenou průhledností, jednotností a bezbarvostí. Také přísně normalizuje rozptyl a lomivost. Splnění těchto požadavků zvyšuje složitost a náklady na výrobu.
Historie
Příkladů každodenního použití čoček najdete mnoho, například lupa je obyčejná lupa - vám pomůže vytvořit malý projektor z obyčejného smartphonu, ale optické brýle se objevily teprve nedávno.
Čočky jsou známé již od starověku, ale první vážný pokus vytvořit sklo podobné tomu, které se používá v moderních zařízeních, lze vysledovat až do 17. století. Německý chemik Kunkel tedy v jedné ze svých prací zmínil kyseliny fosforečné a borité, které jsou součástí skleněné složky. Dále hovořil o borosilikátové koruně, která se složením blíží některým moderním materiálům. Tak lze nazvat první úspěšnou zkušenost s výrobou skla s určitými optickými vlastnostmi a dostatečným stupněmfyzikální a chemická homogenita.
V průmyslu
Výroba optických skel v průmyslovém měřítku začala na začátku 19. století. Švýcar Gian spolu s Fraunhoferem představili v jednom ze závodů v Bavorsku poměrně stabilní způsob výroby takového skla. Klíčem k úspěchu byla technika míchání taveniny pomocí krouživých pohybů hliněné tyčinky vertikálně ponořené do skla. V důsledku toho bylo možné získat optické sklo uspokojivé kvality, až do průměru 250 mm.
Moderní výroba
Při výrobě barevných optických skel se používají přísady látek obsahujících měď, selen, zlato, stříbro a další kovy. Vaření pochází z poplatku. Vkládá se do žáruvzdorných nádob, které jsou zase umístěny do sklářské pece. Složení vsázky může obsahovat až 40 % skleněného odpadu, důležitým bodem je soulad složení střepů a taveného skla. Skleněná hmota se při vaření průběžně promíchává stěrkou vyrobenou z keramiky nebo platiny. Tímto způsobem je dosaženo jednotného stavu.
Pravidelně se z taveniny odebírá vzorek, který kontroluje kvalitu. Důležitou fází tavení je čiření: ve skleněné hmotě začíná uvolňování značného množství plynů z čiřících látek, které byly původně přidány do směsi. Velké bubliny se tvoří a rychle stoupají a zachycují menší bubliny, které se nevyhnutelně tvoří během procesu vaření.
Nakonec se hrnce vyjmou z trouby a potépomalu vychladnout. Chlazení, zpomalené speciálními technikami, může trvat až osm dní. Musí být stejnoměrné, jinak se ve hmotě může vytvořit mechanická pnutí, která způsobí praskliny.
Vlastnosti
Optické sklo je materiál pro výrobu čoček. Ty se zase dělí podle typu na sběrné a rozptylové. Sběrné čočky zahrnují bikonvexní a plankonvexní čočky, stejně jako konkávně-konvexní, nazývané "pozitivní meniskus".
Optické sklo má řadu vlastností:
- index lomu určený dvěma spektrálními čarami nazývanými sodíkový dublet;
- průměrná disperze, která je chápána jako rozdíl mezi lomem červených a modrých čar spektra;
- disperzní koeficient - číslo dané poměrem průměrné disperze a lomu.
Barevné optické sklo se používá k výrobě absorpčních filtrů. V závislosti na materiálu existují tři hlavní typy optických skel:
- anorganic;
- plexisklo (organické);
- minerálně-organické.
Anorganické sklo obsahuje oxidy a fluoridy. Křemenné optické sklo patří také mezi anorganické (chemický vzorec SiO2). Křemen má nízký lom světla a vysokou propustnost světla, vyznačuje se tepelnou odolností. Široká škála průhlednosti umožňuje použití v moderníchtelekomunikace (kabely z optických vláken atd.), také silikátové sklo je nepostradatelné při výrobě optických čoček, např. lupa se vyrábí z křemene.
Založeno na křemíku
Transparentní silikátové sklo může být optické i technické. Optické se vyrábí tavením horského křišťálu, pouze tímto způsobem se získá zcela homogenní struktura. V neprůhledných sklech jsou za barvu zodpovědné malé bublinky plynu uvnitř materiálu.
Kromě křemenného skla na bázi křemíku se vyrábí i tzv. křemíkové sklo, které má i přes podobný základ jiné optické vlastnosti. Křemíkové články jsou schopny lámat rentgenové záření a přenášet infračervené záření.
Bio sklo
Takzvané plexi je vyrobeno na bázi syntetického polymerního materiálu. Tento průhledný a tvrdý materiál patří mezi termoplasty a často se používá jako náhrada křemenného skla. Plexisklo je odolné vůči mnoha faktorům prostředí, jako je vysoká vlhkost a nízké teploty, ale je mnohem měkčí, a proto citlivější na mechanické namáhání. Organické optické sklo se díky své měkkosti snadno zpracovává – „vezme“ho i ten nejjednodušší nástroj na řezání kovů.
Tento materiál je skvělý pro laserové zpracování a snadno se vzoruje nebo gravíruje. Jako čočka dokonale odráží infračervené paprsky, alepřenáší ultrafialové a rentgenové záření.
Aplikace
Optická skla jsou široce používána pro výrobu čoček, které se zase používají v mnoha optických systémech. Jako lupa se používá jedna spojná čočka. V technologii jsou čočky důležitou nebo hlavní součástí takových systémů, jako jsou dalekohledy, optické zaměřovače, mikroskopy, teodolity, dalekohledy, stejně jako fotoaparáty a video zařízení.
Optické brýle jsou pro potřeby oftalmologie neméně důležité, protože bez nich je obtížné nebo nemožné korigovat zrakové vady (krátkozrakost, astigmatismus, dalekozrakost, poruchy akomodace a další onemocnění). Brýlové čočky s dioptriemi mohou být vyrobeny jak z křemenného skla, tak z vysoce kvalitního plastu.
Astronomie
Optická skla jsou důležitou a nejdražší součástí každého dalekohledu. Mnoho fandů si montuje své vlastní refraktory, vyžaduje to málo, ale nejdůležitější věcí je plankonvexní skleněná čočka.
Na začátku předminulého století trvalo několik let vyrobit jednu výkonnou astronomickou čočku, respektive ji vyleštit. Například v roce 1982 se šéf Chicagské univerzity William Harper obrátil na milionáře Charlese Yerkese s žádostí o financování observatoře. Yerkes do něj investoval asi tři sta tisíc dolarů, čtyřicet tisíc utratilo za nákup objektivu pro nejvýkonnější dalekohled planety té doby. Observatoř byla pojmenována po finančníkovi Yerkesovi a dosud tento refraktor s průměrem čočky 102cm je považován za největší na světě.
Teleskopy s velkým průměrem jsou reflektory, ve kterých je zrcadlo prvkem sbírajícím světlo.
V astronomii i oftalmologii se používá ještě jeden typ čočky – sklo s konvexně-konkávními povrchy, které se nazývá meniskus. Může být dvou typů: rozptyl a sběr. U rozptylového menisku je krajní část tlustší než střední a u sběrného menisku je střední část tenčí.
