Цветное оптическое стекло

Стекло, обладающее избирательным поглощением света в ульт­рафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра, называ­ется цветным.

Избирательное поглощение достигается введением в состав стекла соответствующих красителей. Из цветного оптического стекла изго­тавливают детали, предназначенные для пропускания определенного участка спектра. Исходной шихтой для получения цветных стекол слу­жит шихта бесцветного силикатного стекла. Компоненты, придающие окраску цветному стеклу, вводят в незначительных количествах (от сотых долей процента до нескольких процентов).

Так, например, двухвалентный оксид железа (FeO), придает стек­лу голубой цвет через поглощение в красной зоне спектра. Трехва­лентный оксид железа (Fe₂0₃), благодаря поглощению в фиолетовой и голубой спектральных зонах, придает желтый цвет с зеленоватым оттенком. Смесь FeO + Fe₂0₃, поглощая в голубой и красной зонах, дает зеленый цвет. Оксиды никеля применяют для получения ко­ричневого цвета. Соли никеля и кобальта окрашивают стекло в фи­олетовый цвет, соли хрома окрашивают стекло в зеленый, а соли золота, меди и селена — в красный цвет.

Компоненты, вводимые в состав шихты, могут находиться в мо-лекулярно-растворенном и коллоидном состоянии.

Молекулярные красители — это окислы тяжелых металлов (ко­бальта, хрома, меди, никеля, урана и др.). Они растворяются в стек­ломассе при варке стекла и избирательное поглощение материалом обусловлено резонансным колебанием электронов красителя.

Стекло, окрашенное коллоидными красителями, имеет яркую ок­раску, которую ему придают некоторые металлы (золото, серебро, медь), когда они находятся в мельчайшем раздроблении, приближа­ющемся к распределению частиц в коллоидных растворах. Окраши­вание стекла обусловлено двумя причинами:

1. Свет, проходя через материал, рассеивается на коллоидных частицах.

2. Некоторые металлические вещества, находясь в состоянии мель­чайшего раздробления, обладают собственным поглощением.

Оптические свойства стекла определяются по их спектральной характеристике. Спектральные свойства стекол представляют в виде графической зависимости в координатах «т — Ъ> (коэффициент про­пускания — длина волны), «D — Ь> (оптическая плотность — длина волны), «а — X» (поглощение — длина волны).

36

Чтобы получить заданную спектральную кривую, отработанные режимы варки цветных стекол выдерживаются с точностью до не­скольких минут по времени и 5-10°С по температуре. Стекла, окра­шенные молекулярными красителями, имеют узкополосную избира­тельную кривую спектрального пропускания или срезают некото­рые области спектра. Стекла, окрашенные селеном или сернистым кадмием, дают резкую границу пропускания, срезая целые облас­ти спектра. Нейтральные стекла равномерно пропускают видимый спектр, а темные стекла дают более высокое пропускание в ближай­шей ИК области. Спектральные характеристики по коэффициенту пропускания некоторой длины волны являются основным показате­лем, по которому выбирают ту или иную марку цветного стекла в зависимости от назначения детали. Спектральные характеристики измеряют на спектрофотометрах при определенной толщине стек­ла, которую указывают на графиках (рис. 15).

Рис. 15. Спектральные кривые пропускания

Основные технологии производства цветных линз

Классическая технология получения цветных линз сводится к зна­нию химического состава шихты. Однако палитра цветов окраски минеральных линз, получаемых по такой технологии, довольно ог­раничена, так как любому определенному цвету соответствует опре­деленный состав исходной шихты, а в процессе одной плавки может быть изготовлено стекло только одного, определенного цвета.

37

Большим недостатком линз окрашенных в массе является то, что светопропускание зависит от толщины линзы. Для линз имею­щих рефракцию светопропускание будет не равномерным вслед­ствие разной толщины линзы в центре и на периферии. Этот не­достаток проявляется тем больше, чем больше рефракция очковой линзы.

Другим типом классической технологии придания желаемой ок­раски линзам, является нанесение тем или иным способом тонкого слоя окрашенного вещества (пленки или покрытия) на оптическую поверхность (или на обе поверхности) готовой линзы. Этот метод в настоящее время широко применяется и для минеральных и для пластиковых линз. Недостатком технологии этого типа является то, что вещество окрашивающего покрытия расположено снаружи и непосредственно контактирует с внешней средой (появляются тех­нологические проблемы обеспечения абразивоустойчивости, влаго­стойкости, сроком службы и устойчивости к воздействию тех или иных бытовых жидкостей).

Фирмы производители цветных минеральных линз разрабатыва­ют новые способы производства цветных объемноокрашенных ми­неральных стекол. Созданы технологии, при которых цвет создается не путем введения в исходную шихту специальных добавок или на­несения на линзу определенных покрытий, а при помощи термо­диффузионной обработки очковых линз. При таком методе не тре­буются высокие затраты на создание нового цвета и возможен ми­нимальный объем выпуска цветных линз.

Полимерные линзы обычно окрашивают погружением линзы в емкость со специальным окрашивающим раствором. Окрашиваю­щий раствор проникает в материал линзы на небольшую глубину и линза приобретает необходимый цвет. Поверхность линзы при этом может иметь равномерную окраску или градиент (постепенно меня­ющийся цвет и интенсивность окраски). Окраску полимерных линз таким способом можно проводить как в заводских условиях, так и в оптической мастерской. Основным преимуществом цветных поли­мерных линз является то, что светопропускание не зависит от тол­щины линзы, и есть оперативная возможность, в условиях мастер­ской, изменять интенсивность окраски.