Характеристики оптического стекла

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Основными оптическими характеристиками стекла являются [2] показатель преломления n_D для линии D спектра натрии (л_D=589,3 нм) и средняя дисперсия - разность показателей преломления для линий F (л_F=486,0 нм) b C (л_C=656,3 нм) спектра водорода (ГОСТ 3514-67). В каталогах на оптическое стекло кроме n_D и n_F- n_C приводятся другие оптические постоянные: коэффициенты дисперсии, частные дисперсии, относительные частные дисперсии и показатели преломления n_л для ряда длин волн, начиная от ультрафиолетового и кончая ближней инфракрасной областью спектра.

Оптическое стекло изготавливается следующих марок: легкие кроны (ЛК), фосфатные кроны (ФК), кроны (К), баритовые кроны (БК), тяжелые кроны (ТК), сверхтяжелые кроны (СТК), кронфлинты (КФ), баритовые флинты (БФ), тяжелые баритовые флинты (ТБФ), легкие флинты (ЛФ), флинты (Ф), тяжелые флинты (ТФ) и особые флинты (ОФ).

Оптическое бесцветное стекло делят на классы по следующим показателям качества:

Допускаемые отклонения n_D и n_F- n_C от значений, установленных для стекла каждой марки;

однородность партии заготовок стекла по n_D и n_F- n_C;

оптическая однородность;

двойное лучепреломление;

коэффициент светопоглощения;

бессвильность;

пузырность.

1. Методы измерения показателей преломлений и коэффициентов дисперсии оптического стекла

Поскольку показатель преломления может быть измерен с высокой [1] точностью сравнительно простыми средствами, его широко используют в качестве одного из характерных параметров оптического вещества при его индетификации. Показатель преломления n равен отношению скорости света в вакууме к скорости света V в среде, т.е.

Кроме того, из физики известно, что показатель преломления определяется как , где е и м - диэлектрическая и магнитная проницаемости среды соответственно. Для подавляющего большинства прозрачных сред м =1 и .

Показатели преломления характеризуют оптическую плотность среды по отношению к вакууму. Такое определение n представляет трудную техническую задачу, поэтому на практике n определяют относительно воздуха. Обычно показатель преломления принимают равным единице.

Поскольку показатель преломления зависит от длины волны, то его измерения выполняются на разных длинах волн, которые соответствуют спектральным линиям конкретных химических элементов. Основным показателем преломления, характеризующим оптическое стекло является показатель преломления n_е, соответствующий длине волны л=564.07 нм спектральной линии е ртути, расположенной в зеленой части спектра, вблизи максимума чувствительности глаза человека. Дисперсионные свойства стекла в видимой области спектра характеризуется величиной, называемой основной дисперсией и определяемой как разность показателей преломления n_F' -n_C' для длин волн л_F'=479.99 нм и л_С'=643.85 нм спектральных линий F' и C' кадмия.

Кроме того, оптические стекла характеризуются следующими средними дисперсиями n_i - n_g :

n_F - n_C , n_F -n_1013.9 , n_1013.9 - n_2249.3 ,

а также коэффициенты дисперсии

Величина н_е является коэффициентом основной средней дисперсии или основным коэффициентом дисперсии. Его также называют числом Аббе.

Разность показателей преломления Дn= n_л1 - n_л2 любых других линий спектра называется частной дисперсией, а отношение частной дисперсии Дn к основной средней дисперсии n_F' -n_C' является относительной частной дисперсией.

Методы измерений показателей преломления по принципу использования в них физических явлений можно разделить на следующие группы [1]:

1) Методы, в которых непосредственно используется закон преломления nsinе=n'sinе'. Измерения сводятся к определению углов падения е и преломления е'. Методы применяются, в основном, для измерения показателей преломления прозрачных и слабопоглащающих веществ. К этой группе относятся метод призмы, автоколлимационный или метод Аббе, методы предельного угла и др.

2) Теневые методы. Используются для определения и измерений оптических неоднородностей в пределах исследуемого образца. В качестве примера можно привести метод Фуко, метод Фильпота-Свенсона и др.

3) Интерференционные методы. В их основе лежит обстоятельство, что фаза света пропорциональна величине показателя преломления. В принципе эти методы могут быть реализованы на любом интерферометре, однако определенные преимущества имеют двухлучевые интерферометры типа Жамена (например, ИЗК-453), Рожденственского-Релея (ИТР-1, ИТР-2) и др. К этой группе относится иммерсионные метод Обреимова, удобный прежде всего для непрерывного контроля плавок оптического стекла при его производстве.

4) Методы, использующие формулу Френеля о соотношениях интенсивности и поляризаций между падающим, отраженным и преломленным пучками на границе раздела двух сред

Эти методы эффективны при исследовании оптических свойств сильнопоглощающих сред, например, металлов.

Такое разделение является условным, так как в некоторых методах сочетаются различные физические явления, которые можно отнести к разным группам.

Для измерения показателя преломления и дисперсии оптического стекла чаще всего используются методы первой группы, реализуемые как на универсальных углоизмерительных приборах - гониометрах, так на специализированных - рефрактометрах.

1.1 Методы призм

В любом из вариантов метода призмы определения показателя преломления исследуемого вещества сводятся к измерению угла падения е₁ на первую преломляющую поверхность трехгранной призмы [1], угла между преломляющими поверхностями И и угла преломления е'₂ на второй преломляющей поверхности (рис. 1). Для того, чтобы измерять n с точностью ±1.5·10^-5, как установлено стандартами, требуется определить углы е₁, е'₂ и И с ошибками не более ±2”, грани должны быть отполированы с точностью в ј интерференционной полосы, а угол И должен лежать в пределах 40єч60є в зависимости от показателя преломления n.

Рис. 1 Ход лучей через преломляющую призму в общем случае

Сам показатель преломления n рассчитывается по формуле:

Несколько упростить процессы измерения угла и расчета показателя преломления позволяет метод наименьшего отклонения (метод Фраунгофера). Минимальное отклонение лучей призмой д_min имеет место при выполнении условия е₁ = е'₂.

При этом:

Вариантом метода Фраунгофера является автоколлимационный метод Аббе, реализуемы на гониометре с автоколлимационной трубой (рис. 2).

Рис. 2 Ход луча через призму в автоколлимационном методе Аббе (сплошные линии) и в методе наименьшего отклонения Фраунгофера (штриховые линии)

Измерение по методу Аббе сводятся к определению угла И и угла е₁ , соответствующего совмещению автоколлимационного изображения креста сетки зрительной трубы гониометра с самой сеткой. При этом лучи падают на отражающую поверхность АВ нормально, т.е. е₂=0. На рис. 2 Пунктиром показано изображение призмы CAD, полностью повторяющий метод Фраунгофера. Показатель преломления при измерениях по методу Аббе вычисляется по формуле

Рассмотренные выше методы предполагают наличия достаточно хорошо коллимированного монохроматического пучка света. Измерение показателя преломления в рассеянном пучке может быть выполнено по методу скользящего входа лучей по Кольраушу. Измерения сводятся к определению преломляющего угла призмы И и угла преломления е'₂ на выходной грани призмы луча 1, вошедшего в нее под углом падения е₁=90є (см. рис. 3).

Рис. 3 Скользящий ход луча по Кольраушу

Перекрестие (или бисектор) зрительной трубы гониометра наводится на границу света и тени, а положение оптической оси зрительной трубы, перпендикулярное выходной грани призмы, определяется автоколлимационным методом. Показатель преломления при этом вычисляется по формуле

1.1.1 Рефрактометры

Рефрактометр ИРФ-23 типа Пульфриха широко используется для быстрого и точного определения показателей преломления жидкостей и твердых тел [2]. Принцип действия его основан на измерении предельного угла (рис.4).

Рис. 4 Измерение предельного угла выхода

Лучи света, скользящие вдоль плоскости соприкосновения образца и призмы рефрактрометра, входят в призму под углом полного внутреннего отражения и выходят под предельным углом выхода i (см. рис. 4). Система призм составлена из кубического испытуемого образца с хорошо обработанными гранями и эталонной призмы с качественно выполненным преломляющим углом в 90є и известным с большой точностью показателем преломления N. Если преломляющий угол эталонной призмы отличается от 90є не более чем на 3”, то показатель преломления испытуемого образца n может быть вычислен по формуле

где N - измеренный показатель преломления призмы.

Рассмотренный метод измерения на рефрактрометре показателей преломления стекла с точностью ±1·10^-4 и дисперсий с точностью ±2·10^-5 регламентирован ГОСТом 3516-56.

На рис. 5 приведена оптическая схема рефрактрометра ИРФ-23. Свет от источника линейчатого спектра 1 с помощью осветительной системы 2 направляется вдоль горизонтальной грани измерительной призмы 7. На эту грань устанавливают образец, имеющий две плоские взаимно перпендикулярные грани с точностью до 10'. Оптический контакт между образцом и призмой обеспечивается тонким слоем жидкости с показателем преломления не меньшим, чем у образца. Клиновидность слоя жидкости между образцом и призмой не должна превышать двух интерференционных полос.

Граница светотени рассматривается через зрительную трубу, состоящую из объектива 8, призмы 9 и окуляра 13. Зрительная труба может поворачиваться относительно оси ll. В фокальной плоскости окуляра 13 имеется сетка с перекрестием нитей 10, устанавливаемым при измерении на границу светотени.

Рис.5 Рефрактрометр ИРФ-23:

а- оптическая схема; б- внешний вид

Величину предельного угла отсчитывают по лимбу 12, жестко связанному со зрительной трубой. Шкала лимба освещается лампочкой 16 через светофильтр 17 и конденсор 18 и наблюдается в отсчетный микроскоп небольшого увеличения, состоящий из объектива 20, призм 3 и спирального окулярного микроскопа 19.

Призменно-линзовая система 4,6 перекрывает свет от источника 1 и направляет на призму 7 свет от источника 5.

Правильная установка призмы 7 и нулевой отсчет контролируется зрительной трубой, которую перестраивают в автоколлиматор. Перекрестие сетки 10 освещается от источника 16 с помощью призм 15, линзы 14 и призмы подсветки 11.

При измерениях на рефрактрометре применяют натриевую лампу (желтая линия D), гелиевую разрядную трубку (желтая линия d ), водородную разрядную трубку (красная линия С, голубая линия F) и ртутную лампу (фиолетовая линия g и зеленая линия е). К прибору прилагается набор из трех эталонных призм с показателями преломления N_D=1.616751, 1.740176 и 1.8606196, обеспечивающих диапазон измерений n от 1.33 до 1.78 и соответствующие им иммерсионные жидкости. Образец испытуемого стекла должен иметь форму прямоугольного параллелепипеда или прямоугольной призмы размером не менее 3х3х3 мм, а две его грани должны быть хорошо отполированы.

Входная грань полируется с точностью пяти интерференционных полос на 1 см, а грань, соприкасающаяся с эталонной призмой - две полосы на 1 см. Ребро между полированными гранями не должно иметь фасок и выколов, а прямой угол выдержан с точностью ±6''.

Рефрактометр ИРФ-25 мало отличатся от ИРФ-23, но измеряет показатели преломления с точностью до ±1·10^-5 .

На методе призмы основан и рефрактометр ИФ-24. Он предназначен для измерения показателей преломления и дисперсии оптических материалов в области 0.2-15 мкм. В частности с помощью ИФ-24 измерены стекла, вошедшие в новый ГОСТ 13659-68.

Рефрактометр ИФ-24 представляет собой секундный автоколлимационный гониометр-спектрометр с фотоэлектрической регистрацией сигнала. Он состоит из гониометра и жестко связанного с ним инфракрасного монохроматора, причем выходная щель монохроматора является входной щелью гониометра.

1.2 Интерференционные методы.

Показатели преломления и дисперсию можно измерить любым интерферометром, но более широкое применение получили двухлучевые интерферометры, в которых измеряются разности показателей преломления двух веществ, помещенных в интерферирующие пучки [2].

Промышленность выпускает интерферометры ИТР-1 и ИТР-2, измеряющие показатели преломления твердых, жидких и газообразных объектов методом сравнения.

На рис. 6 приведена оптическая схема ИТР-1, основу которой составляет схема Рэлея, где интерференционная картина возникает в результате дифракции света на двух щелях.

Рис. 6 Оптическая схема интерферометра ИТР-1

Источник света 1 конденсором 2 проектируется в плоскость первичной щели 3, расположенной в фокальной плоскости объектива 4. За объективом 4 в параллельных пучках установлены две щели 5. Между окнами 6 и 8 в верхней части пучка находятся жидкостные кюветы 7 или другие объекты измерения.

В пучках лучей, проходящих исследуемое и эталонное вещество, расположены две плоскопараллельные пластины: неподвижная 9 и подвижная компенсационная 10, наклоняемая при помощи рычажной передачи с микровинтом 13. На пути лучей, проходящих в нижней части схемы по воздуху, находится пластина 11, разграничивающая две интерференционные картины.

Эти две картины наблюдаются в фокальной плоскости объектива 12 с помощью окуляра большого увеличения, состоящего из цилиндрической линзы 15 и глазной линзы 16.

Неподвижная интерференционная картина, образованная нижними пучками, используется как нониальный индекс. Верхние пучки, пройдя объекты с различными показателями преломления, приобретают разность хода

Где n_И и n_Э - показатели преломления исследуемого и эталонного объектов; l - длина объектов.

В результате этого верхняя интерференционная картина смещается относительно нижней. Наклоном компенсационной пластины 10 эту картины возвращают назад до совмещения с неподвижной. Отсчет по барабану микромеханизма компенсатора с помощью лупы 14 определяет разность хода Д, а через нее и разность показателей преломления.

ИТР-1 отличается малой чувствительностью к внешним воздействиям: деформации прибора приводят к смещению обеих картин, но не меняют их взаимного положения. В ИТР-1 достигается повышенная точность совмещения картин, равная 1/30-1/40 ширины полосы, что объясняется применением отсчета по нониусу.

Основное отличие интерферометра ИТР-2 от ИТР-1 в том, что он построен по автоколлимационной схеме и поэтому меньше по габаритам.

Двухлучевые интерферометры позволяют измерять показатель преломления образцов стекла одной марки с точностью до ±1·10^-5 .

1.2.1 Иммерсионный метод акад И.В. Обреимова

Иммерсионный метод акад И.В. Обреимова [2] относится к интерференционным и в отличие от рассмотренных ранее является быстрым и удобным для измерения показателей преломления стекла в форме небольших осколков (или линзочек), что особенно важно для стекловаренных заводов.

Метод основан на явлении исчезнования видимости границ стекла, погруженного в иммерсионную жидкость, при длине волны монохроматического света, для которой показатели преломления жидкости и стекла между собой уравниваются (рис.7). Метод сводится к измерению интерференционным способом разности показателей преломления измеряемой пробы стекла и образца сравнения. Образец и пробу помещают в кювету с иммерсионной жидкостью и с помощью монохроматора сначала определяют длину волны л₀, при которой исчезает видимость границ образца, а затем - длину волны л, при которой исчезает видимость границ пробы стекла.

Рис. 7 Кривые дисперсии метода Обреимова:

1 - жидкость; 2 - проба; 3 - образец

С изменением длины монохроматического света наблюдаются передвигающиеся через ребро образца интерференционные полосы. Разность показателей преломления пробы и образца вычисляют по формуле

где N - число полос, прошедших через ребро образца при переходе от л₀ к л;

S - толщина образца;

n_об и n_пр - показатели преломления образца и пробы.

Схема установки по методу Обреимова привдена на рис. 8 Прямоугольная кювета 3 с жидкостью, образцом 1 и пробой 2 устанавливается на пути лучей, выходящих из монохроматора 5. В качестве образца применяется плоскопараллельная пластина 2Х10Х10 мм со скошенным углом (фаской), причем ее малая грань с фаской параллельна выходной щели 4 монохроматора. Кювета и образующаяся в ней картина наблюдается в окуляр.

Рис. 8 Схема установки по методу Обреимова

Метод Обреимова обеспечивает точность измерения показателя преломления ±1·10^-4 при разности показателей преломления пробы и образца не более ±5·10^-3 (ГОСТ 5421-56).

2. Методы измерения оптической однородности, коэффициента светопоглощения, двойного лучепреломления, пузырности и бессвильности

2.1 Методы измерения оптической однородности

Под оптической однородностью понимается однородность стекла по показателю преломлению [2]. Длина оптического пути, проходящего плоским волновым фронтом через плоскопараллельную пластинку, изготовленную из стекла с неоднородной по показателю преломления массой, в разных точках различна. Отклонение формы прошедшего через такую пластинку волнового фронта от плоскости определяет его волновую аберрацию. В результате определение освещенности в изображении точки, образованном таким волновым фронтом, отличается от безаберрационного, причем разрешающая способность такого изображения, как правило, ухудшается.

Оптическая однородность стекла измеряется на коллиматорной установке (ГОСТ 3518-69). Ее схема приведена на рис. 9 Установка состоит из коллиматора и зрительной трубы, снабженных объективами 3 и 6. Их фокусные расстояния не менее 600 мм, а относительные отверстия не более 1:9. В фокальной плоскости объектива коллиматора установлена штриховая мира 2, освещенная лампочкой накаливания. Для работы в монохроматическом свете в ход лучей в осветителе включаются зеленые светофильтры. Коллиматор снабжен пятью сменными штриховыми мирами с № 1 по 5 и тремя точечными диафрагмами диаметром от 0.007 до 0.1 мм. Зрительная труба снабжена сменными окулярами 7 с увеличением 7^х, 10^х и 25^х.



Рис. 9 Схема коллиматорной установки для измерения оптической однородности

Испытуемый образец в виде круглого диска или прямоугольной плитки с полированными с двух сторон гранями и с клиновидностью не более 2' устанавливается на столик 5 в параллельный пучок лучей. Диаметр диафрагмы 4, установленной перед коллиматором, должен быть равен размеру проверяемого образца.

Стекло со шлифованными поверхностями просматривают с накладными пластинами, смоченными иммерсионной жидкостью.

Штриховая мира для коллиматора подбирается в зависимости от диаметра проверяемого образца. При диаметре диафрагмы, равному диаметру образца, измеряют наименьший угол разрешения ц коллиматорной установки с испытуемым образцом и угол фактического разрешения ц₁ установки без образца. По отношению ц/ ц₁ устанавливают категорию стекла.

Коллиматорная установка считается пригодной для работы, если угол ц₁ отличается от расчетного теоретического угла ц₀ не более чем на один элемент миры. Теоретический угол разрешения рассчитывают по формуле

где D - диаметр диафрагмы коллиматора в мм, соответствующий диаметру светового отверстия детали.

Для стекол первой категории, кроме определения угла разрешения, который должен быть равен теоретическому углу разрешения, требуется просматривать дифракционное изображение точечной миры. Для просмотра используют микроскоп с увеличением 100^х, устанавливаемый вместо окуляра. Дифракционное изображение точки должно состоять из светлого круглого пятна, окруженного концентрическими кольцами без разрывов и хвостов.

2.2 Методы измерения коэффициента светопоглощения

Точность метода измерения коэффициента светопоглощения оптического стекла равен ±1.5·10^-4 ( ГОСТ 3520-51). Коэффициентом светопоглощения К называется отношение потока белого света, поглощенного в слое стекла толщиной 1 см, к потоку, вступившему в этой слой [2]:

где l - длина испытуемого образца стекла в см;

n - показатель преломления стекла для линии D;

ф - коэффициент пропуская образца, равный отношению световому потоку F₁, прошедшего через образец, к падающему на него световому потоку F .

Измерение ф можно проводить на любом фотометре, обеспечивающем точность ±0.5%, что при длине образца 10 см соответствует точности вычисления коэффициета светопоглощения, равной ±0.05% или ±0,0005.

Образцы стекла для измерения должны иметь форму параллелепида 100Х25Х25 мм, клиновидность торцев не должна превышать 2є. Длина каждого образца измеряется с точностью ±0.5 мм.

Рекомендуется измерять коэффициент пропускания с помощью объективного фотометра прямого отсчета, схема которого приведена на рис. 10.

Рис. 10 Схема фотометрической установки для измерения светопоглощения стекла

Лампа накаливания 1, работающая от стабилизированного источника питания, через конденсор 2 освещает диафрагму 4, которая установлена в фокусе объектива 5. Перед диафрагмой находится зеленый светофильтр 3. Около объектива 5 расположена ирисовая диафрагма 6, регулирующая ширину светового пучка.

Дополнительная линза 7 изображает диафрагму 4 в своем заднем фокусе. Испытуемый образец стекла 8 устанавливают на столике так, чтобы отраженный от него свет не попадал в линзу 7.

В качестве приемника света используется фотометрический полый шар 10 диаметром 100 мм с белой матовой внутренней поверхностью. В стенку шар встроен селеновый фотоэлемент 9 площадью 10 см², имеющий в центре отверстие диаметром около 15 мм. Для измерения фототоков рекомендуется микроамперметр 11 с теневой стрелкой, типа М-91, с пределами 0-10 мА.

В комплект прибора входят четыре нейтральных образца светопропускания (ф = 0.9; 0.8; 0.7;0.6), снабженных паспортом точных значений ф.

При измерений ф на фотометре прямого отсчета определяют величины двух фототоков: с образцом стекла и без него. Между фототоком и световым потоком существует линейная зависимость, поэтому ф находится как отношение указанных фототоков или отношение соответствующих показаний микроамперметра.

По измеренному ф и известным l и n по формуле рассчитывают коэффициент светопоглощения К.

По рассмотренной принципиальной схеме построен промышленный одноканальный фотометр прямого отсчета ИФ-16, обеспечивающий точность 0.05% на сантиметр образца. Также существуют стекла с поглощением меньше 0.05% на сантиметр, поэтому возникла потребность в фотометре повышенной точности.

В двухканальном фотометре ФМ-94 измеряется разность фототоков, прошедших через гальванометр. Фототоки соответствуют двум световым потоком, поступающим на два приемника, представляющих собой фотометрические шары с селеновыми фотоэлементами. Один поток, неизменный по величине, является потоком сравнения. Второй поток, прошедший через образец или через градуированный ослабитель (вращающиеся калиброванные секторы), меняется по величине. Так как разность фототоков на порядок меньше самих потоков, а в гальванометре используется весь предел измерения, то надежность измерения малых изменений рабочего потока возрастает. Фотометр ФМ-94 характеризуется точностью измерений светопоглощения 0.01% на сантиметр образца.

2.3 Методы измерения двойного лучепреломления

Остаточная неоднородность после отжига стекла по показателю преломления, а, следовательно, и по коэффициенту линейного расширении, а также структурные изменения при механической обработке стекла приводят к остаточным напряжениям, определяющим появление двойного лучепреломления, подобного двойному лучепреломлению, которое наблюдается в одноосных кристаллах, например, таких, как исландский шпат, кварц и другие. Луч плоскополяризованного света, проходящий через стекло с остаточными напряжениями, распадается на два луча: обыкновенный и необыкновенный. Плоскости колебаний в направлении распространения этих лучей взаимноперпендикулярны и совпадают с направлениями главных натяжений в стекле. Оба луча в стекле распространяются с различной скоростью, в результате чего образуется некоторая разность хода. Попадая в анализатор, составляющие взаимноперпендикулярных колебаний оказываются в одной плоскости, в результате чего интерферируют между собой, создавая картину цветных полос или просветленное поле. Для обыкновенного и необыкновенного лучей при любом направлении их падения стекло имеет разные показатели преломления.

Метод измерения двойного лучепреломления на поляриметре [2] определен ГОСТ 3519-69. Двойное лучепреломление в стекле вызывается напряжениями, возникающими от термических и механических воздействий. Двойное лучепреломление заключается в том, что луч света, входящий в образец стекла, разлагается на два луча - обыкновенный и необыкновенный, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, а скорости распространения различны.

Для стекол скорость обыкновенного луча v₀ меньше скорости v_e необыкновенного, а показатель преломления n₀ > n_e. Величина двойного лучепреломления определяется разностью хода д обыкновенного и необыкновенного лучей и выражается в мм на 1 см пути луча в стекле.

Двойное лучепреломление измеряют на поляриметре, принципиальная схема которого приведена на рис. 11. Осветитель состоит из лампы накаливания 1 и матового стекла 2.Между поляризатором 3 и анализатором 6 находится образец испытуемого стекла 4 и компенсационная пластинка 5. Для наблюдения в монохроматическом свете используется зеленый светофильтр 7. Поляризатором и анализатором могут служить поляризационные призмы, поляроиды и зеркала из черного стекла, поставленные под углом полной поляризации. Компенсатор разности хода представляет собой слюдяную пластинку с разностью хода между обыкновенным и необыкновенным лучами л/4 при л=550 нм.

Рис. 11 Схема поляриметра для измерения двойного лучепреломления

До начала измерений плоскости поляризации анализатора и поляризатора перпендикулярны. Для этого вращают анализатор и устанавливают его на темноту, что соответствует отсчету по лимбу анализатора Оє. В пучок лучей вводят образец стекла, причем если последний обладает двойным лучепреломлением, то при наблюдении в анализатор в середине и по краям образца видны области просветления, разделенные двумя темными полосами.

Поворачивают анализатор до тех пор, пока обе темные полосы не переместятся в середину образца и не сольются в одну. По лимбу отсчитывают угол поворота анализатора. Указанная методика применяется, если разность хода в образце меньше 100 нм.

Если разность хода находится в пределах от 100 до 540 нм, то с помощью зеленого светофильтра устраняют цветовой тон в середине образца, мешающей установке анализатора на минимум освещенности.

Если разность хода больше 540 нм, то при наблюдении без светофильтра видны ряд цветных полос и две ахроматические, черные или серые. В этом случае поворот анализатора меняет окраску середины образца, но не дает полного затемнения. В ход лучей необходимо ввести светофильтр, тогда поворот анализатора приведет к перемещению полос. Отсчитывают угол поворота анализатора, соответствующий максимальному потемнению в середине образца, затем, установив анализатор на 0є и заметив без фильтра положение ахроматической полосы, вновь вводят фильтр и подсчитывают число темных полос N, расположенных между ахроматической полосой и серединой образца.

По результатам измерений вычисляют разность хода

где И - угол поворота анализатора в градусах;

N - число темных полос между ахроматической полосой и серединой образца;

l - толщина образца в направлении просмотра в см.

Отечественной промышленностью выпускаются полярископы-поляриметры ПКС-56 и ПКС-125. Они построены по принципиальной схеме рис. 8 и обеспечивают высокую точность измерения двойного лучепреломления до ±3 нм на всей толщине образца.

2.4 Метод определения пузырности

Пузырность оптического материала оценивается категорией (диаметром наибольшего пузыря в заготовки), классом (средним числом пузырей в единице массы или объема сырьевого материала), средним числом пузырей определенного размера по ГОСТ 23136 или суммарной площадью сечений пузырей, содержащихся в единице материала [3].

Метод определения пузырности в соответствии с ГОСТ 3522-81 заключается в просмотре оптических материалов при направленном освещении на темном фоне и определении размеров и числа имеющихся в них пузырей. Просмотр или подсветку образца стекла осуществляют через полированные поверхности. Образцами, предназначенными для определения пузырей, могут быть куски стекла по форме, близкой к кубу, объемом 160-180 см³, куски с двумя противоположно обработанными сторонами, а также пластины, отрезанные от листа, плитки, бруса размером 100x100 мм².

При определении пузырности используют следующие приборы, приспособления, реактивы, материалы:

- микроскопы;

- универсальную измерительную трубку;

- измерительные лупы по ГОСТ 25706;

- телескопические монокулярные лупы типа ТЛА или ЛПШ-474;

- объект-микрометр;

- окуляр-микрометр с измерительной сеткой;

- весы по ГОСТ 29329;

- спирто-эфирную смесь СЭ-90;

- салфетки из батиста или фланели по ГОСТ 29298;

- кюветы;

- иммерсионные жидкости;

- карандаш-стеклограф;

При определении категории и пузырности, а также среднего числа пузырей образец помещают в пучок лучей от осветителя. Просмотр ведут при боковом или прямом освещении через поверхность, соответствующую установленным ГОСТои требованиям к образцу. При боковом освещении пучок лучей от осветителя направляют на боковую поверхность образца таким образом, чтобы поверхности, через которые ведут просмотр, оставались в тени. Это достигается раскрытием диафрагмы в зависимости от толщины образца стекла.

2.5 Метод определения бессвильности

Свили - это резковыраженные локальные оптические неоднородности стекла. Они представляют собой прозрачные нитевидные или слоистые включения, имеющие показатель преломления, отличный от показателя преломления основной марки стекла.

Метод определения бессвильности [3] оптического стекла устанавливает ГОСТ 3521-81. Сущность метода заключается в оценке теневой картины свили, получаемой на экране проекционной установки при просмотре стекла в заданном направлении либо сравнением ее с теневой картиной свили контрольного образца, либо определением длины свилей, расстояния между ними, площади, занятой свилями, глубины залегания. Пробу для изготовления образцов для испытания следует отбирать от сырьевого оптического стекла перед разделкой его на заготовки в объеме и по схеме, установленным технической документацией.

Определение бессвильности оптического стекла производят на проекционной установке, оптическая схема которой приведена на рис.12

Рис 12. Оптическая схема установки для определения бессвильности:

1- источник излучения; 2 - конденсор; 3- сменная диафрагма; 4 - светофильтр; 5 - держатель для стекла; 6- экран

Определение бессвильности выполняют в затемненном помещении. Фотографирование теневой картины свилей производят при неактиничном (не оказывающем, например, теплового воздействия) освещении.

Определение бессвильности стекла 1-й и 2-й категорий производят путем сравнения теневой картины свили проверяемого стекла и контрольного образца. Для этого контрольный образец свили помещают и укрепляют в держателе. Путем перемещения и покачивания держателя добиваются четкой теневой картины свили контрольного образца. Затем путем изменения диаметра диафрагмы или расстояния между источником излучения и контрольным образцом добиваются исчезновения теневой картины свили на экране. В этом положении контрольный образец заменяют испытуемым стеклом. При оценке стекла 1-й и 2-й категорий бессвильности теневая картина свилей в исследуемым стекле и в контрольном образце соответствующей категории должна быть незаметной для глаза в одних и тех же условиях.

Определение 3-й категории бессвильности стекла производят путем просмотра образца оптического стекла в проходящем свете, рассматривая через него границу свет-тень или объект в соответствии с техническими условиями, устанавливающими условия работы детали в приборе. Условия наблюдения объекта указывают при заказе. При этом не должны наблюдаться грубые изломы или сдвиги участков границы свет-тень или искажения заданного техническими условиями объекта в пределах, превышающих допустимые.

Определение 4-й категории бессвильности производят путем контроля выполнения режима варки и размешивания, установленного в технической документации для стекла данной марки.

Заключение

По массовости применения и объему потребления оптическое стекло бесспорно занимает первое место среди других оптических материалов. Успешное создание новых высоко светосильных и широкопольных оптических систем определяется, как правило, возможностью многовариантного выбора подходящего материала по показателю преломлению, дисперсии и по показателю качества.

При определении требований к оптическому стеклу следует руководствоваться результатами расчетов, свойствами приемника излучения (в частности случае глаза), функциональным назначением разработанного оптического устройства и просто здравым смыслом, основанным на имеющемся опыте решения подобных задач. Необходимо учитывать все возможные факторы, влияющие на определение требований к стеклу.

Нормативные ссылки. ГОСТы

ГОСТ 3514-67 Стекло оптическое бесцветное

ГОСТ 3516-56 Стекло оптическое. Методы испытаний. Измерение показателей преломлений и дисперсий на рефрактрометре

ГОСТ 5421-56 Стекло оптическое. Методы испытаний. Измерение показателя преломления методом Обреимова

ГОСТ 3518-69 Стекло оптическое. Метод определения оптической однородности на коллиматорной установке

ГОСТ 3520-51 Стекло оптическое. Методы испытаний. Измерение коэффициента светопоглощения

ГОСТ 3519-69 Стекло оптическое. Метод измерения двойного лучепреломления на поляриметре

ГОСТ 3522-81 Материалы оптические. Метод определения пузырности

ГОСТ 3521-81 Стекло оптическое. Метод определения бессвильности

ГОСТ 23136 Материалы оптические. Параметры

ГОСТ 25706 Лупы. Типы, основные параметры. Общие технические требования

ГОСТ 29329 Весы для статического взвешивания. Общие технические требования

ГОСТ 29298 Ткани хлопчатобумажные и смешанные бытовые. Общие технические требования

Список литературы

оптический стекло преломление интерферометр

1. Андреев А.Н., Шерешев А.Б. Оптические измерения. М.: МосГУГиК, 2002.143 с.

2. Кулагин С.В., Дикарев В.Н. и др. Оптико-механические приборы. М.: Машиностроение, 1975. 396 с.

3. http://aco.ifmo.ru/publications/book_optical_materiala_2009.pdf

Размещено на Allbest.ru