مشخصات اپتيكي شيشه

[sweetest]

دید کلی

هر جسم يا ماده‌اي كه قادر به عبور دادن تابش اپتيكي از خود باشد وسيله اپتيكي است. مهمترين كاربرد شيشه در ساخت عدسي است كه بيشتر در عينك مورد استفاده قرار مي‌گيرد. عينك يك وسيله اپتيكي است كه سبب ايجاد تصوير بر روي لايه دريافت كننده تصوير ، شبكيه مي‌باشد. تابش الكترومغناطيسي كه از اجزاي جهان فيزيكي است طبيعت موجي دارد، در عوض نور يك پديده فيزيولوژيك است كه توسط گيرنده چشمي ، فقط يك قسمت كوچك از طيف تابش الكترومغناطيسي به نام طيف مرئي مشخص مي‌كند. هنوز هم با گذشت قرنها از تجربه شيشه‌هاي معدني بيشترين استفاده را در ساخت عدسيهاي افتالميك دارند شيشه‌هاي معدني مخلوطي آمورف از ايندريدها - سيليكاتها مي‌باشند كه از انجام فرآيندهاي حرارتي بر روي مواد اوليه شني بدست مي‌آيند.

 

[sweetest]

ضريب شكست


ضريب شكست شيشه يك عدد حقيقي است، اگر سرعت انتشار تابش در هواي 20 درجه سانتيگراد و فشار يك اتمسفر يك 1013mbar برابر C باشد و V سرعت انتشار نور در شيشه ، ضريب شكست شيشه از رابطه زير بدست مي‌آيد:



n = C/V
رابطه دوم يك رابطه مثلثاتي است كه به قانون اسنل (Snell) شهرت دارد:



n = Sini/Sinr
Sini = سينوس زاويه برخورد و Sinr = سينوس زاويه شكست.


هر چه ضريب شكست يك وسيله اپتيكي نسبت به محيط پرتو تابيده بيشتر باشد پرتو انكساري نسبت به پرتو عمود بر سطح بيشتر منحرف شده و سرعت انتشار آن كمتر است.

 

[sweetest]

پاشندگي


پديده تغيير ضريب شكست در يك وسيله اپتيكي به صورت تابعي از طول موج پرتو تابيده شده را پاشندگي مي‌نامند. يك پرتوي چند رنگ به تعداد پرتوهاي تك رنگي كه آنرا تشكيل مي‌دهد منشأ پرتوهاي انكساري است بيشترين انحراف مربوط به پرتوهايي مي‌باشد كه كمترين طول موج را دارند. ميزان پاشندگي از طريق محاسبه رابطه n[SUB]f[/SUB] - n[SUB]c[/SUB] كه در آن c وf نوارهاي مشخصه فرانهوفر (Fraunhofer) براي كادميوم مي‌باشد بدست مي‌آيد. معمولا مقدار n مربوط به تابش زرد در منطقه D نوارهاي فرانهوفر در ناحيه جذب سديم (n[SUB]D[/SUB]) مي‌باشد. روش استاندارد تعيين ضريب شكست يك ماده بر همين اساس است به اين گونه كه نمونه‌هايي طبق يك پروتكل استاندارد تعيين شده تحت عمليات حرارتي قرار مي‌گيرند كه در آن مقادير معين براي وسيكوزيته پرتوهاي تابيده با طول موج λ = 587.6nm در دماي 20 درجه سانتيگراد در نظر گرفته شده، اين پارامتر از رابطه زير محاسبه مي‌شود:



V = n[SUB]D[/SUB] - 1/n[SUB]f[/SUB] - n[SUB]c[/SUB]
n[SUB]D[/SUB] - 1 را شكست مي‌نامند. در اپتيك افتالميك شيشه‌هاي معدني با مقدار V بزرگتر از 50 را كراون و كمتر 50 را فلنيت مي‌نامند. عكس V قدرت پاشندگي است.

• همگن: در صورت همگن بودن خصوصيات اپتيكي در تمام نقاط يكسان است. از نظر علم اپتيك اين بدين معني است كه ضريب شكست براي يك پرتو با طول موج معين در تمام نقاط يكسان باشد.
  
  
• ايزوتروپي: در صورت ايزوتروپ بودن ضريب شكست با تغيير جهت پرتو تابيده شده تغيير نمي‌كند.
  
  
• ضريب انتقال يا گذرايي
  
  : براي هر طول موج رابطه ميان شار خروجي φ[SUB]a[/SUB] يك تابش و شار تابيده شده متناظر φ[SUB]i[/SUB] را نشان مي‌دهد ({TEX()} {\tau} {TEX} = φ[SUB]a[/SUB]/φ[SUB]i[/SUB]). ميزان
  
  براي پرتوهاي خطرناك مثل UV (فرابنفش) براي مقاصد ما از اهميت خاصي برخوردار است. دو عبارت ديگر:
  
  
  • كدري (Opacity) كه عكس گذرايي است. (1/
    
    )
  • چگالي كه لگاريتم در پايه 10 كدري است. (log[SUP]1/
    
    [/SUP][SUB]10[/SUB])
    
    
• ضريب جذب: براي هر طول موج رابطه ميان شار جذب شده φ[SUB]a[/SUB] و تابيده شده متناظر φ[SUB]i[/SUB] را نشان مي‌دهد.

 

[sweetest]

شفافیت

اصولا شفافيت بالا همراه نبود ناخالصي (ناشي از اكسيدهاي فلزي كه در مرحله ذوب در شيشه رنگ ايجاد مي‌كنند) ، ناخالصي ، عيوب از قبيل شيار ، ناخالصي ، تاري و جباب مي‌باشد. هنگام صحبت از شفافيت بايد ميان شيشه‌هاي سفيد و رنگي تفاوت قايل شويم. شيشه‌هاي سفيد به دليل اينكه ذاتا حالت جذب ندارند مناطقي را در طيف به صورت گزينش جذب نمي‌كنند ولي شيشه‌هاي رنگي به صورت ثابت و يا متغير در طول موجهاي خاص از طيف مرئي جذب گزينشي دارند كه خاصيت رنگ را در آنها ايجاد مي‌كند.

 

[sweetest]

مزيت بازتابش يا بازتابندگي

ضريب بازتابش φ حاصل تقسيم شار پرتو بازتابيده شده φ[SUB]r[/SUB] به شار پرتو تابيده شده φ[SUB]i[/SUB] مي‌باشد ρ = φ[SUB]r[/SUB]/φ[SUB]i[/SUB].
ضريب بازتابش به صورت درصد گزارش مي‌شود، در صورتي كه φ[SUB]i[/SUB] = 10. فرنل (Fresnel) بر اساس تئوري موجي رابطه كلي زير را براي ضريب بازتابش ρ بدست آورده است:



ρ = {Sin²(i-r)/Sin²(i+r)} Sin²α+{tg²(i-r)/tg²(i+r)}Cos2α

 

[sweetest]

شيشه كراون

به دليل سختي ، همگني و برش آسان مورد توجه است. در صنعت براي ساخت آينه ، شيشه پنجره ، ليوان كريستال مورد استفاده قرار مي‌گيرد. شيشه كراون دو عيب اساسي دارد:

• شكننده است، به قطعاتي بزرگ نوك تيز تبديل مي‌شود.
• براي قدرتهاي تصحيح بالا ، وزن و ضخامت آن بيش از اندازه است.
  
  افزايش شيشه سازهايي از جنس بور در مخلوط اوليه از قبيل ايندريد بور B[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB] و بوراكس a[SUB]2[/SUB]B[SUB]4[/SUB]O[SUB]7[/SUB] باعث سيال شدن جرم شيشه‌اي مي‌شود، در نتيجه كراوني با دانسيته مناسب و پايين به نام بور و سيليكات بدست مي‌آيد، افزودن اكسيد باريم به عنوان پايدار كننده به ميزان بالا به مخلوط كراون ضريب شكست را افزايش مي‌دهد، بدون آنكه ضريب پاشندگي را بيش از حد بيافزايد. انواع ديگر كراون با باريم با ضريب شكست 1.6 داراي دانسيته‌اي معادل آنها كراون مي‌باشند ولي ميزان پاشندگي نور تا حدود 42 درصد كاهش مي‌دهد.

 

[sweetest]

شيشه فلينت

شامل مجموعه بزرگي از شيشه‌ها مي‌باشد كه مورد استفاده در صنايع توليد كريستال قرار مي‌گيرد. به دليل دارا بودن مقادير متغير اكسيد سرب تا 70 درصد ضريب شكست اين نوع شيشه مي‌تواند به 1.8 برسد و مقاومت بسيار خوبي در برابر اشعه فرابنفش دارد.

 

[sweetest]

عيوب

• ضريب پاشندگي بالايي دارد در حاليكه ميزان بالاي جذب در ناحيه آبي طيف مرئي باعث رنگ مايه زرد - قهوه‌اي مي‌شود كه ممكن است از نظر ظاهري مطلوب نباشد (در عينك).
  
  
• نرم هستند و سطوح آنها براحتي خط بر مي‌دارد.
• سنگين هستند.
• بسادگي تراش نمي‌خورند.

 

[sweetest]

شيشه‌هاي تيتانيوم


ضريب شكست بالا (n[SUB]D[/SUB] = 1.7) ، ضريب پاشندگي قابل قبول دارند مي‌توان آنها را به طريق شيميايي باز پخت نمود و تراش با سنگ الماسه جهت بيزته كردن عدسيها ، عينا مشابه شيشه كراون مي‌باشد. مقادير ضريب بازتابش بالا ، قيمت عدسي تيتانيوم دو برابر شيشه كراون است.

 

[sweetest]

شيشه‌هاي ساخته شده از خاكهاي نادر


با بكار گيري اين مواد مثل نيوبيوم ، لانتانيوم ، تانتاليوم امكان ساخت شيشه‌هاي با ضريب شكست بالا ولي با مقادير قابل قبول ضريب پاشندگي و چگالي زا هم شده است. در اين نوع شيشه‌ها افزايش ضريب شكست همراه با افزايش ضريب بازتابش مي‌باشد، از اينرو عمليات ضد بازتابش نور در عمل اجباري است.

 

[sweetest]

چشم انداز


خواص شيشه يا هر وسيله اپتيكي فقط خواص اپتيك نيستند، بلكه خواص فيزيكي و شيميايي آنرا نيز در بر مي‌گيرند مثل: مقاومت در برابر سايش و ضربه ، ضريب انبساط حرارتي خطي ، مقاومت در برابر عوامل شيميايي.



منبع: رشد