ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, СОВРЕМЕННЫЕ СВОЙСТВА И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ РАЗВИТИЯ

Оптика довольна молодая наука. Она изучает оптические свойства (преломление, отражения и многие др.). Но так же интересным направлением является материал, применяемый в оптике. Мировая промышленность по производству оптических материалов (ОМ) в настоящее время производит большое количество: природных, синтетических оптоматериалов, монокристаллов, стекла поликристаллические и многие другие оптоматериалы.

Сегодня перспективным и технологичным оптическим материалом, считается тот материал, который впервые создан и применяется согласно произведенному по ГОСТу. В настоящее время отечественная промышленность производит ОМ для производства таких изделий: разнообразные стекла, которые используются в быту и производстве; оптоволокно для передачи импульсов; стекло для оптических систем и светофильтров; орагническое стекло; стекла и полимеры для офтальмологии; для исследовательской аппаратуры (телескопы астрономические и микроскопы); бинокли; радары; спектрометры и множество других изделий.
Современными свойствами ОМ относятся такие свойства, которые способны передавать или преобразовывать свет в спектральном диапазоне. ОМ материалы обладают большим количеством оптических свойств. А какие же различия между оптическим и техническим материалами? Их различие характеризуется тремя основными признаками в отличие от вторых (технических свойств): максимальная по значению однородность ОМ; максимальная по значению прозрачность ОМ; максимальный диапазон преломления света с высокой степенью воспроизводимости для ОМ.
Максимальная однородность ОМ – понимается их максимальная однородность, сохранять в пространстве свои свойства через ОМ разного направления. По своей структуре ОМ обеспечивает и сохраняет анизотропию их свойств. Также сохраняются и обеспечивается высокая изотропность максимальной однородностью кубическими кристаллами, в которых световые волны в пространстве решетки совпадают.
Максимальная прозрачность – характеризуется большой прозрачностью в зрительном спектре от 92-94%. Например, полимеры лишены светопропускания, в отличие от них неорганические стекла обладают ею. Используются такие ОМ (полимеры) в качестве зрительной среде спектра.
Что касается спектрального диапазона, то ОМ различают материалы, которые пропускают через себя света ультрафиолета (УФ), и инфракрасный (ИК) свет с длинами волн (X) в вакууме X = 10-380 нм, X = 380-760 нм и X = 760 нм.
ОМ по своему происхождению и структуре являются твердыми веществами (стеклами), а вот в меньшей степени встречаются газообразные и жидкие вещества, применяются они в оптической лазерной технике. Встречаются так же ОМ в качестве своего физического происхождения в виде композитов, порошков, эмульсий – их также используют для производства лазерной техники. Встречаются и применяются ОМ при производстве еще клеи, иммерсионные жидкости, градиентные оптические волокна.
На рисунке 1 показана схема классификации применения ОМ.

Рисунок 1 – Схема классификация применения ОМ

ОМ получили широкое применение в различных средах применения. Но одним важным из которых является отношение к здоровью зрения человека. В ольфтомологии применяются различные стекла из которых производят контактные линзы, линзы с оправой – очки. Линзы в ольфтомологии делятся на два вида: лечебные и защитные. Первые представлены контактными линзами и в оправах (очками). Но не менее популярными являются и защитные линзы в оправах (очках), которые выполняют защитную функцию от солнечного света. Их применение актуально в летний период времени.
В таблице 1 представлены оптические свойства материалов для солнцезащитных очков. Выполним оценку используемого оптического материала для производства солнцезащитных очков методом априорного ранжирования по числу Аббе.

Таблица 1 – Оптические свойства материалов для солнцезащитных очков

Как видим метод априорного ранжирования для солнцезащитных очков по числу Аббе позволил выявить материал CR-39 с великолепной однородностью и низким процентном мутности, который является одним из лучших для них, наименьший материал подходит согласно априорному ранжированию поликарбонат с оптической однородностью – средняя, мутность тоже низкая этого материала.
Экспериментальные исследования подтверждают графически соотношение оптического материала в борате железа (рис. 2).

Рисунок 2 – Оптическое поглощение в борате железа

Экспериментальные исследования подтверждают графически соотношения оптического материала эффекта Фарадея в борате железа (рис. 3)

Рисунок 3 – Эффект Фарадея в борате железа

Пути развития современного оптического материала можно определить при помощи интегрального (средневзвешенного) показателя достаточности по формуле [5]:

     (1)

где i – ХФ (Характеристическая Функция) «ценности» для j-го критерия.
ХФ «ценности» i(xij) определяет относительную ценность рассматриваемого i-го варианта на оси j-го критерия по сравнению с заданным уровнем достаточности.
Вычисление ХФ i(xij) производится по формуле [5]:

     (2)

где j – показатель, определяющий характер изменения ХФ в интервале.
Пути развития оптического материала наблюдаются в разработке и производстве таких изделий как: оптические системы; оптическое стекло; оптоволокно; линзы; линза из кремния; линзы из кварца; лазеры; рентгеновская оптика.
Многие НИИ и исследовательские лаборатории ведут разработки в области получения ОМ. Ведь получение и применение ОМ может принести пользу и благо на службе человечества.

1. Винчелл А. Н., Винчелл Г., Оптические свойства искусственных минералов, пер. с англ.. М.: «Мир», 1967. – 526 с.
2. Сонин А. С., Василевская А. С., Электрооптические кристаллы, М.: «Атомиздат», 1971. – 328 с.
3. Мидвинтер Д. Э., Волоконные световоды для передачи информации, пер. с англ., М: «Радио и Связь», 1983. – 336 с.
4. Кочкин Ю. И., Румянцева Г. Н. // «Зарубежная радиоэлектроника», 1985, № 9. – С. 89-96.
5. Авен П.О. Построение интегрального показателя в критериальном пространстве // А и Т («Автоматика и Телемеханика») № 4, 1985. – С. 87-91.
6. Deutsch Т. F., «J. Electronic Materials», 1975, v. 4, №4, р.663-719.
7. Lucas I., «Infrared Physics», 1985, v.25, №12, p.277-81.

Все статьи автора «Шарапов Иван Анатольевич»