Коллок 1 ответы

Вопросы к коллоквиуму №1 по курсу «Оптические материалы и технологи»

1.Какиематериалыотносятсякоптическим?ТипыОМ.

ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ – это материалы прозрачные в том или ином диапазоне длин волн электромагнитного излучения, предназначенные для передачи или преобразования оптического излучения. Например: стекло, ситаллы, монокристаллы, поликристаллы и т.д.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ БЫВАЕТ ПО ТИПУ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ИЗЛУЧЕНИЕМ, СТРОЕНИЮ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ.

2.Каковы границы оптического диапазона спектра?

ОПТИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН - спектральный диапазон от ультрафиолета (УФ) до инфракрасной (ИК) области спектра. Границы оптического диапазона 0.18 - 2000 мкм

3.Границы видимого диапазона. Связь энергии кванта и длины волны.

Видимый световой диапазон относится к той части электромагнитного спектра, которая видна человеческому глазу. Видимая область - (0,40 - 0,76) мкм

4.Что понимается под оптически-активными материалами?

Оптически-активные материалы

-материалы, способные преобразовывать поглощенную энергию в излучение оптического диапазона;

-материалы, способные преобразовывать поглощенную световую энергию в другие виды.

5.Процессы взаимодействия светового потока с веществом.

С ПОТОКОМ ИЗЛУЧЕНИЯ, РАСПРОСТРАНЯЮЩИМСЯ В СРЕДЕ, МОГУТ ПРОИСХОДИТЬ СЛЕДУЮЩИЕ ИЗМЕНЕНИЯ:

-Рассеяние части потока в результате отражения от частиц, имеющих n отличающийся от n среды;

-Поглощение части потока излучения средой с преобразованием в другие виды энергии (тепло, генерация носителей тока, эмиссия электронов и ионов);

-Поглощение части потока излучения средой с преобразованием в излучение другого спектрального состава (люминесценция);

-Пропускание части потока через среду;

-Изменение спектрального состава излучения, следствие селективного поглощения энергии излучения средой;

-Изменение поляризации отраженного и пропущенного потоков;

-Изменение направления распространения.

На явлениях ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ построено функционирование оптического материала в оптическом приборе, оптикоэлектронной системе.

Структурные преобразования:

1.Дисперсия

2.Поляризация

3.Интерференция Пространственные преобразования:

4.Преломление

5.Отражение

6. Рассеяние Преобразование энергии излучения в другой вид энергии:

1.Люминесценция

2.Фотоэффект (внутренний, внешний).

3.Поглощение

4.Комбинационное рассеяние

6.Что такое угол Брюстера?

Угол , при котором наблюдается максимальная поляризация отраженного света, называется углом Брюстера. При этом угол между преломленным и отраженным лучом составляет 90 (рис.), а угол Брюстера следующим образом связан с относительным показателем преломления n21:

tg Б = n21

7.Изобразите ход лучей при прохождении монохроматического излучения через плоскопараллельную пластину из оптического материла (обозначьте потоки). Чему равен коэффициент внешнего пропускания при прохождении света через плоскопараллельную пластину?

- коэффициент внешнего пропускания.

8.Чем определяется угловая зависимость коэффициента отражения при падении луча на границу раздела двух сред. Приведите формулы.

9.Как зависит коэффициента отражения от поляризации падающего луча? Приведите формулы.

10.Приведите формулу коэффициента отражения для случая нормального падения на границу раздела двух сред с показателями преломления n1и n2.

11.Как связан показатель преломления с магнитной и диэлектрической проницаемостью среды?

n=√

12.Границы видимого диапазона. Связь энергии кванта и длины волны. Границы видимого диапазона: 0,40 - 0,76 мкм.

13.Классификация оптических материалов по назначению.

ПО НАЗНАЧЕНИЮ РАЗЛИЧАЮТ:

• О. м. для элементов оптич. устройств;

•просветляющие, отражающие и поглощающие покрытия;

•электрооптич., магнитооптич., акустооптич. материалы;

•лазерные материалы;

•материалы для преобразования света в тепло и электричество;

•в виде композитов, порошков, эмульсий: дисперсные фильтры, люминесцирующие стекла, красители для лазеров;

•оптич. клеи (с определенным показателем преломления).

14. Классификация оптических материалов по строению.

15.Назовите элементы оптических и оптико-электронных приборов из стекла. Оптическое стекло используют в производстве оптических деталей (окуляров, луп), приборов (микроскопов), оптико-технических устройств (рефлекторов, отражателей) и астрономических приборов.

16.Назовите элементы оптических и оптико-электронных приборов из кристаллов.

напр. высокой твердости и прозрачности (алмаз используют при обработке материалов.

• В лазерной технике - рубин, иттрий-алюминиевый гранат и др., полупроводниковые лазерные кристаллы.

• В технике управления световыми пучками используют К., обладающие электрооптич. св-вами.

• К. корунда Аl2О3 применяют в оптич. лазерах, в ювелирном деле и др.

17.Каким образом может происходить преобразование оптического излучения при взаимодействии с оптическими материалами?

При попадании излучения на тело происходит их взаимодействие.

Часть излучения отражается от поверхности тела, часть – проходит через него, а часть

– телом поглощается. Отраженные и прошедшие излучения отличаются от упавшего на тело по мощности, спектральному составу (цвету излучения) и направлению потока излучения.

Тело, преобразуя энергию излучения, также изменяется. В нем происходят фотофизические или фотохимические превращения (нагрев, изменение окраски и др.), причем эти изменения могут носить обратимый или необратимый характер.

18.Что такое люминесценция?

Люминесценция - спонтанное свечение тел длительностью, превышающей период световых колебаний и возбуждаемое за счет любого вида энергии, кроме тепловой (избыточное над равновесным тепловым излучением).

19.Закон Стокса в люминесценции.

Длина волны люминесцентного излучения больше, чем длина волны света, вызвавшего люминесценцию.

20.Фотоэффект. Виды.

Фотоэффект - испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения (фотонов).

-Фотоэффект внутренний, перераспределение электронов по энергетическим состояниям в конденсированной среде, происходящее при поглощении электромагнитного излучения. В неметаллических телах (полупроводниках и диэлектриках). Фотоэффект проявляется в изменении электропроводности или в возникновении на ее границах электродвижущей силы.

-Фотоэффект внешний – фотоэлектронная эмиссия, испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

21.Законы внешнего фотоэффекта.

22.Стекло. Свойства стекла.

Наибольшее распространение в качестве оптического материала получили оптические стекла, которым присущи многообразие оптических свойств, хорошие технологические и эксплуатационные качества.

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.

СВОЙСТВА СТЕКЛА:

•высокая однородность;

•высокая прозрачность (интегральный показатель ослабления <0,004 см-1);

•большой интервал показателей преломления (от 1.44 до 2,35 для разных марок).

23.Типы стекол.

Типы и условное обозначение оптических стекол:

•ЛК - легкий крон

•ФК - фосфатный крон

•ТФК - тяжелый фосфатный крон

•К - крон

•БК - баритовый крон

•ТК - тяжелый крон

•СТК - сверхтяжелый крон

•ОК - особый крон

•КФ - крон флинт

•БФ - баритовый флинт

•ТБФ - тяжелый баритовый флинт

•ЛФ - легкий флинт

•Ф - флинт

•ТФ - тяжелый флинт

•СТФ - сверхтяжелый флинт

•ОФ - особый флинт

24.Сравнить свойства стекла и кристалла.

25.Чем отличаются по своим свойствам кроны и флинты?

Кроны обладают небольшим показателем преломления и очень малой дисперсией, т.е. малой разностью показателей преломления для лучей различного цвета. Флинты имеют несколько больший показатель преломления и очень большую дисперсию.

26.Состав стекол типа «крон». Типы кронов.

КРОН СОДЕРЖИТ СЕМЬ ОКИСЛОВ:

SiO2 — 72 %; В2О3 — 8,15 %; К2О — 10,45 %; Na2O — 7,20 %, СаО — 1,55 %; MgO — 0,45 %; Аl2О3 — 0,20 %.

ТИПЫ КРОНОВ:

ВАРКА СТЕКЛА — это термический процесс, в результате которого шихта и бой стекла превращаются в расплавленную однородную стекломассу.

Na2O, CaO - снижают температуру варки.

33.Какие компоненты увеличивают температуру варки стекла?

ВАРКА СТЕКЛА — это термический процесс, в результате которого шихта и бой стекла превращаются в расплавленную однородную стекломассу.

Добавляют в состав стекла осветители, которые интенсивно выделяют легкие пузырьки О2, способствующие удалению тяжелых пузырей из СО и СО2 (нитраты, сульфаты, аммонийные соли). При высоких температурах они разлагаются, выделяя в стекломассу большое количество крупных пузырей размером до 1—3 мм, отличающихся по составу от углекислоты, которой пересыщен расплав стекломассы. Углекислота, давление которой низко, стремясь выровнять свое давление, переходит в эти пузырьки.)

34.Какие компоненты увеличивают прочность и химическую стойкость стекла? MgO , Аl2О3 , К2О - увеличивают прочность и химическую стойкость

35.Какие компоненты существенно изменяют показатель преломления и дисперсию стекла?

P2О5, В2О3 , PbO – изменяют показатель преломления и дисперсию стекла ;

36.Построение диаграммы Аббе.

Для наглядного представления взаимосвязи между основными характеристиками различных оптических материалов Эрнстом Аббе была предложена диаграмма «главный показатель преломления – коэффициент дисперсии», носящая с тех пор его имя. Диаграмма Аббе чрезвычайно удобна для совместного представления всех стекол каталога оптического стекла и других бесцветных материалов и для выбора пар оптических стекол, используемых для ахроматизации оптической системы.

37.Что такое показатель преломления. Каким образом показатель преломления определяется для оптического материала?

ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ определяет, насколько сильно изгибается или преломляется луч при прохождении через границу раздела. Показатель преломления измеряется по ГОСТ 28869-90 «Материалы оптические. Методы измерений показателя преломления».

38.Что такое средняя дисперсия? Для каких диапазонов определяется?

Средняя дисперсия разность показателей преломления для двух длин волн, nF/ - nC/ Диапазон: 480 нм и 643,8 нм

39.Число Аббе. Какие линии излучения используют для определения?

ОСНОВНОЙ КОЭФФИЦИЕНТ ДИСПЕРСИИ ИЛИ ЧИСЛО АББЕ (МЕРА ДИСПЕРСИИ).

40.Какие оптические характеристики приводятся в паспорте стекла? показатель поглощения;

показатель поглощения по длине волны и крутизне кривой оптической плотности слоя стекла толщиной, равной толщине светофильтра; показатель поглощения по среднему отклонению и наибольшему отклонению слоя толщиной 1 мм; двулучепреломлению; бессвильности; пузырности,

41.Перечислите параметры, характеризующие механические свойства стекла.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

•плотность

•прочность

•твёрдость

•фотоупругость

42.Особенности прочностных характеристик стекла.

ОСОБЕННОСТЬ СТЕКЛА: высокая прочность при сжатии низкая при растяжении

43.От чего зависит прочность стекла? Как можно увеличить прочность стекла?

ПРОЧНОСТЬ СТЕКЛА В ЗНАЧИТЕЛЬНОЙ СТЕПЕНИ ЗАВИСИТ ОТ СОСТОЯНИЯ ЕГО ПОВЕРХНОСТЕЙ.

Прочность стёкол можно повысить: 1. шлифованием, 2. полированием, 3. закалкой.

44.Как определяется твердость стекла?

Твёрдость: сопротивление материала вдавливанию или царапанию. Различают твердость склерометрическую, абразивную,микротвердость

45.Твердость по Моосу.