Оптические свойства стекла

К оптическим свойствам стекла относятся: пропускание, по- глощение и отражение света. Оптические свойства стекла явля- ются результатом их взаимодействия с электромагнитным излуче- нием. Различают следующие виды электромагнитных излучений: у-излучение; рентгеновское; . ультрафиолетовое; видимое; инфракрасное. Оптический диапазон длин волн включает 3 области:

1 - ультрафиолетовую с А=180-380 нм;

2 - видимую с А = 380-770 нм;

3 - инфракрасную с Л = 770-5000 нм.

При прохождении потока излучения через стекло происходят следующие процессы (рис. 1):

- стекло частично отражает;

- частично поглощает;

- частично пропускает поток излучения.

Падающий поток излучения (l₀) должен быть равен сумме частично отраженного (1_отр), частично поглощенного (l_n0m) и частич- но пропущенного (l_np0n) потоков излучения:

Рис. 1

l₀ - падающий поток излучения; l_0Tp - частично отраженный поток излучения;

Inorn - частично поглощенный поток излучения; 1_Пр0п - частично пропущенный поток излучения.

7

Отражение, пропускание и поглощение характеризуются ко- эффициентами:

• коэффициент отражения - р

• коэффициент поглощения - а коэффициент пропускания -1

Коэффициент отражения стекла определяется как отно- шение отраженного потока излучения к падающему на стекло пото- ку излучения:

Данный коэффициент зависит от угла падения, длины волны падающего света, показателя преломления стекла. Для монохро- матического нормально падающего пучка коэффициент отражения определяется по закону Френеля:

Чем больше значение показателя преломления стекла и больше угол падения света, тем выше коэффициент отражения.

В сложных оптических системах вследствие большого числа поверхностей раздела суммарные потери на отражение могут дос- тигать 90%. Поэтому на поверхность линз наносится просветляю- щее покрытие снижающее коэффициент отражения.

На практике широко используется явление полного внутрен- него отражения в стеклах. Волоконная оптика основывается на этом явлении. В волоконной оптике изображение передается в ре- зультате многократного отражения от стенок стекловолокна; при этом сохраняется до 99% интенсивности падающего света.

Обычно коэфициент отражения р условно принимают за по- стоянную величину для каждой марки стекла, зависящую только от показателя преломления этого стекла в видимой области спектра.

Коэффициент поглощения определяется как отношение потока излучения поглощенного в стекле к потоку излучения па- дающему на стекло:

8

Коэффициент пропускания определяется как отношение потока излучения пропущенного к потоку излучения падающего на стекло. Этот коэффициент характеризует прозрачность стекла:

Три коэффициента в сумме дают единицу. Измеряются ко- эффициенты в процентах или долях единицы.

Явление полного внутреннего отражения - это следст- вие закона преломления для случая, когда свет переходит из сре- ды оптически более плотной в менее плотную. В этом случае при увеличение угла падения увеличивается и угол преломления, оста- ваясь больше угла падения. При некотором значение угла падения о,_п , угол преломления достигает величины 90°. в этом случае пре- ломленный луч распространяется вдоль плоской поверхности раз- дела двух сред или по касательной к поверхности раздела, если она не плоская.

Для углов падения больше угла а_т преломленный луч отсутст- вует. Свет полностью отражается обратно в первую среду. Указан- ное явление называется полным внутренним отражением (рис. 2).

Рис. 2. Полное внутреннее отражение

9

ОПТИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ

Оптические постоянные стекла оказывают влияние на харак- тер формирования световых пучков в оптических деталях. К ним относятся.

показатель преломления (п_е);

• средняя дисперсия (n_f" - г\-');

• коэффициент дисперсии - у_е. или число Аббе.

Показатель преломления п

Световой луч, падающий на поверхность раздела двух сред, отклоняется от своего первоначального направления (рис. 3).

Рис. 3.

Это связано с различной скоростью распространения света в различных оптических средах. Так, например, свет распространя- ется в линзе с меньшей скоростью чем в воздушной среде, поэто- му, если световой луч падает на поверхность линзы под углом, то он изменяет направление прохождения. Это называется преломле- нием света.

Показатель преломления указывает, насколько скорость све- та в вакууме отличается от скорости света в прозрачной среде. Это так называемый абсолютный показатель преломления:

На практике определяют относительный показатель прелом- ления, т.е. отношение скорости распространения света в воздухе к скорости распространения света в испытуемой среде (линза).

По ГОСТ 3514-76 «Стекло оптическое бесцветное» показа- тель преломления принято обозначать в общем виде п_А. Индекс Л означает длину волны в нанометрах.

В зависимости от значения показателя преломления все ма- териалы классифицируются следующим образом:

• материалы с нормальным значением показателя прелом- ления (традиционные) 1,498 5 п <1,54;

материалы со средним значением показателя преломле- ния 1,54 ^ п < 1,64;

• материалы с высоким значением показателя преломле- ния 1,64 < п < 1,74;

• материалы со сверхвысоким значением показателя пре- ломления п > 1,74.

Чем выше показатель преломления материала, тем меньше скорость распространения света в линзе и больше преломление света. В линзах с большим показателем преломления свет прелом- ляется сильнее.