Характерные особенности оптического стекла

Стекло – вещество, полученное путем переохлаждения расплава определенного химического состава, приобретающее в результате увеличения вязкости свойства твердого тела, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым.

Известный русский учёный Менделеев обосновал представление о стекле как о сплаве окислов некоторых химических элементов. Он уподобил стекло переохлаждённой жидкости находящейся в твёрдом состоянии. Позже в 1921 г. академик Лебедев, изучая изменение показателя преломления стекла в зависимости от температуры, показал, что до температур 500–600 º C этот процесс обратимый, после быстрого охлаждения стекла с более высоких температур значение показателя преломления резко изменяется, и процесс теряет обратимость – в стекле произошли структурные изменения.

Первым отличительным признаком оптического стекла по сравнению с любым техническим стеклом является высокая однородность. Она достигается специальными приемами механического перемешивания стекломассы во время варки и особыми режимами термической обработки готового стекла – тонким оптическим отжигом.

Отжиг как обязательная технологическая операция является частью любого процесса формования изделия из стекломассы, но во всех производствах его целью является только снятие механических напряжений.

Тонкий отжиг является наиболее длительной и завершающей стадией в технологии оптического стекла. Он приводит всю массу стекла в структурно-однородное состояние. При этом оптические постоянные стекла принимают значения, стандартизированные для каждой марки стекла. Напряжения в заготовках понижаются до таких минимальных значений, которые не будут вызывать дополнительных деформаций при обработке заготовок.

Вторым отличительным признаком оптического стекла считается его высокая прозрачность. Оптическим стеклом высокого качества сейчас принято называть стекло, обладающее интегральным показателем ослабления µА< 0.004 см-1. Для ряда систем и такое стекло не является вполне удовлетворительным и применяют стекла с показателем ослабления 0, 002–0, 001 см–1 и менее. Сверхпрозрачные стекла требуются для волоконно-оптических линий дальней связи. В рабочем диапазоне длин волн, в красной и ближней инфракрасной частях спектра показатель ослабления такого стекла должен быть около 0, 00002 см–1. Широкое развитие цветной фотографии, кино и телевидения потребовало введения нормирования пропускания стекла по спектру.

К третьему отличительному признаку оптических стекол относятся большой интервал значений показателей преломления света, который составляет для разных марок от 1, 44 до 2, 35, и строгая воспроизводимость показателей преломления, характерных для каждой марки, независимо от времени и места изготовления стекла.

 

 

Люминофоры

Люминофоры – вещества, способные преобразовывать поглощаемую ими энергию в световое излучение. В зависимости от источника энергии люминофоры подразделяют на фотолюминофоры (возбуждаемые светом), электролюминофоры (электрическим полем), катодолюминофоры (пучком электронов), рентгенолюминофоры (возбуждаемые рентгеновскими лучами) и радиолюминофоры (α -, β - излучением радиоактивных волн).

Важная характеристика люминофоров — спектры поглощения, отражающие зависимость величины поглощаемой энергии от длины волны падающего на люминофор света. Спектр излучения люминофора зависит от химической природы активатора и основы люминофора, их взаимодействия, а в случае люминофоров с несколькими активаторами и от взаимодействия активаторов между собой. Спектры излучения могут зависеть от интенсивности и длины волны возбуждающего света, а также от температуры.

Большинство люминофоров состоят из сопряженных π -систем или комплексов переходных металлов. Есть также неорганические люминофоры, которые основаны на сульфиде цинка, легированного ионами редкоземельных элементов (РЗЭ), или соединения РЗЭ легированные ионами других РЗЭ, например, оксида иттрия легированный ионом европия в степени окисления +3, светятся красным цветом под воздействием УФ.

Использование люминофоров в технике позволяет нам экономить на электроэнергии, так как развитие полупроводниковой техники стимулировало работы по созданию инжекционных электролюминесцентных источников освещения. Возможность смотреть телевизор предоставляется благодаря люминофорам, ведь для экранов приемных телевизионных трубок практикуется использование смесей люминофоров для получения высокой яркости свечения близкого к белому. Применение люминофоров в медицинской отрасли позволяет делать рентген и флюорографию. А также способность люминофоров светиться без электрического источника энергии нашла применение в системах эвакуации и пожарной безопасности.

Неорганические люминофоры применяют в люминесцентных лампах, электронно-лучевых трубках, для изготовления рентгеновских экранов, служат индикаторами радиации и др.

Органические люминофоры (иногда их называют «люмогены») применяют для изготовления ярких флуоресцентных красок для окрашивания текстиля, пластмасс, украшений, в типографских красках, для пигментации полимерной глины, красок для обоев, пигментов для татуировки, косметики, люминесцирующих материалов, используют для выявления трещин в деталях, чувствительном люминесцентном анализе в химии, биологии, медицине и криминалистике.

Оптоволокно

Оптоволокно – это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Оптоволокна используются в оптоволоконной связи, которая позволяет передавать цифровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков.

Простой принцип действия позволяет использовать различные методы, дающие возможность создавать самые разнообразные оптоволокна: одномодовые; многомодовые; оптоволокна со ступенчатым профилем распределения показателей преломления и оптоволокна с градиентным показателем преломления.

Из-за физических свойств оптоволокна необходимы специальные методы для их соединения с оборудованием. Оптоволокна являются базой для различных типов кабелей, в зависимости от того, где они будут использоваться.

Принцип передачи света внутри оптоволокна был впервые продемонстрирован во времена королевы Виктории (1837—1901 гг.), но развитие современных оптоволокон началось лишь в 1950-х годах. Они стали использоваться в связи несколько позже, в 1970-х; с этого момента технический прогресс значительно увеличил диапазон применения и скорость распространения оптоволокон, а также уменьшил стоимость систем оптоволоконной связи.

Оптоволоконная связь

Оптоволокно может быть использовано как средство для дальней связи и построения компьютерной сети, вследствие своей гибкости, позволяющей даже завязывать кабель в узел. Несмотря на то, что волокна могут быть сделаны из прозрачного пластичного оптоволокна или кварцевого волокна, волокна, использующиеся для передачи информации на большие расстояния, всегда сделаны из кварцевого стекла, из-за низкого оптического ослабления электромагнитного излучения. В связи используются многомодовые и одномодовые оптоволокна; многомодовое оптоволокно обычно используется на небольших расстояниях (до 500 м), а одномодовое оптоволокно — на длинных дистанциях. Из-за строгого допуска между одномодовым оптоволокном, передатчиком, приемником, усилителем и другими одномодовыми компонентами, их использование обычно дороже, чем применение мультимодовых компонентов.

Оптоволоконный датчик

Оптоволокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии, дает оптоволоконным датчикам преимущество перед традиционными электрическими в определенных областях.

Оптоволокно используется в гидрофонах в сейсмических или гидролокационных приборах. Созданы системы с гидрофонами, в которых на волоконный кабель приходится более 100 датчиков. Системы с гидрофоновым датчиком используются в нефтедобывающей промышленности, а также флотом некоторых стран. Немецкая компания лазерный микроскоп, работающий с лазером и оптоволокном[1].

Оптоволоконные датчики, измеряющие температуры и давления, разработаны для измерений в нефтяных скважинах. Оптоволоконные датчики хорошо подходят для такой среды, работая при температурах, слишком высоких для полупроводниковых датчиков (Оптоволоконное измерение температуры).

Разработаны устройства дуговой защиты с волоконно-оптическими датчиками, основными преимуществами которых перед традиционными устройствами дуговой защиты являются: высокое быстродействие, нечувствительность к электромагнитным помехам, гибкость и лёгкость монтажа, диэлектрические свойства.

Другое применение оптоволокна — в качестве датчика в лазерном гироскопе, который используется в Boeing 767 и в некоторых моделях машин (для навигации). Специальные оптические волокна используются в интерферометрических датчиках магнитного поля и электрического тока. Это волокна полученные при вращении заготовки с сильным встроеным двойным лучепреломлением.

Оптоволокно применяется в охранной сигнализации на особо важных объектах (например, ядерное оружие). Когда злоумышленик пытается переместить боеголовку, условия прохождения света через световод изменяются, и срабатывает сигнализация.

Оптоволокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В некоторых зданиях оптоволокна используются для обозначения маршрута с крыши в какую-нибудь часть здания. Оптоволоконное освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные ёлки.

Оптоволокно также используется для формирования изображения. Когерентный пучок, передаваемый оптоволокном, иногда используется совместно с линзами — например, в эндоскопе, который используется для просмотра объектов через маленькое отверстие.

 

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: