4 Светотехнические материалы

Разнообразные работы в фоторепродукционном процессе предусматривают применение различных материалов в качестве отражателей, экранов, рассеятелей и других приспособлении, выполняемых из металлов, стекла и пластмасс.

Металлы в качестве экранов и отражателей подразделяются на два вида: полированные – для зеркального (направленного) отражения и матированные – для диффузного и направленно-рассеянного. Наиболее распространены алюминий, хром, никель и латунь, применяемые в виде листового материала, химического покрытия или порошка в составе красящих веществ (бронзовая и алюминиевая краски). Существенное значение имеет коэффициент отражения ρ.

Алюминий – наиболее распространенный металл для отражателей в виде тонких листов, фольги, наклеенной на какую-либо плоскую основу, или алюминиевого порошка для окраски поверхностей. Коэффициент отражения ρ для матированного алюминия составляет 0,72-0,82, а полированного – до 0,9.

Стекло подразделяется на две основные группы — силикатное (неорганическое) и пластмассовое (органическое). Окрашенные в массе прозрачные стекла образуют цветное стекло. Для оптических приборов (объективов) применяется оптическое бесцветное стекло на основе силикатного. Введением в массу стекла особых веществ получают глушеные стекла (молочные, опаловые, опалиновые). Матированные стекла рассеивают свет за счет поверхностной шероховатости, полученной механическим или химическим способом.

Силикатное стекло имеет в своей основе двуокись кремния SiO₂ с различными добавками-окислами. В зависимости от состава и способа изготовления силикатное стекло обладает различными свойствами.

Органическое стекло изготовляется из полимеров.

Повышение коэффициента отражения стекла достигается, покрытием поверхности пленкой из двуокиси кремния и титана или из одной двуокиси титана. Светоделительные покрытия, распределяющие отраженный и пропущенный свет, выполняются нанесением прозрачных металлических пленок из сернистого цинка и трехсернистой сурьмы.

Стекло оптическое бесцветное отличается высокой оптической однородностью и прозрачностью. Предназначено для изготовления линз, призм, светофильтров и других оптических деталей.

Оптическое стекло применяется в основном в видимой области спектра, в ближней УФ до 300 нм и в ИК до 2000 нм. Наиболее часто применяемые оптические стекла толщиной свыше 1 мм непрозрачны для излучения на волнах менее 300 нм. С уменьшением толщины стекла спектральная область пропускания расширяется.

В состав оптических стекол входят такие компоненты, как кремний, свинец, барий.

Каждый сорт стекла по своим физическим свойствам имеет точные значения двух основных констант – показателя преломления n (около 1.5) и коэффициента дисперсии ν (30-65) для определенных длин волн и линий видимой, УФ и ИК частей спектра. Чем больше величина коэффициента дисперсии, тем меньше рассеяние.

Увиолевые стекла. Слово увиолевый означает: «у» – за пределами, «виоле» – фиолетовый, т. е. характеризует стекла, пропускающие световые волны короче 400 нм. Бывают бесцветные и черные стекла. В увиолевых стеклах отсутствуют компоненты, поглощающие УФ лучи, К увиолевым относится и кварцевое стекло.

Цветное стекло делится на окрашенное в массе, окрашенное по поверхности и накладное. Для окраски цветных стекол применяются красители: фиолетовые – окись марганца, закись никеля, трехокись неодима; синие – закись кобальта, закись меди; зеленые – окись хрома, окись урана, окислы железа; желтые – металлическое серебро, двуокись титана, двуокись церия, сульфид кадмия; красные – селен, медь, золото, селенид кадмия, соединения сурьмы. Спектральное пропускание регулируется количеством компонентов и толщиной стекла. Цветное стекло широко применяется для светофильтров.

Светотехнические стекла.

Теплозащитные стекла (тепло-фильтры) задерживают ИК излучение и пропускают видимый свет. Подразделяются на теплопоглощающие, теплорассеивающие и теплоотражающие.

Органическое светотехническое стекло выпускается прозрачным и рассеивающим, бесцветным и окрашенным. Для изготовления стекол со свойствами, близкими к силикатным стеклам, применяется метилметакрилат (плексиглас) и целлулоид, а также полистирол и полидихростирол. Бесцветное органическое стекло характерно оптической прозрачностью в ближней УФ области спектра.

По светотехническим характеристикам выделяются шесть групп органических стекол: I группа – прозрачные. У остальных стекол степень рассеяния света возрастает от II к V группе, приближаясь у последней к диффузному с одновременным снижением коэффициента пропускания. Стекла VI группы полностью непрозрачные, для них нормируется только коэффициент отражения для применения в качестве отражателей.

Для устранения электростатического электричества, способствующего собиранию пыли на поверхностях, предметы из оргстекла обрабатывают антистатическими химическими средствами (антистатиками). Их действие основано на повышении электропроводимости поверхностей, обеспечивающей утечку электростатического заряда.

Светорассеивающие стекла различаются рассеивающим эффектом: объемным (молочные, опаловые, опалиновые), поверхностным (матированные) и объемно-поверхностным (глушеные матированные).

Люминесцирующие стекла содержат неодим. Имеют узкие полосы люминесценции. На полосу 1060 нм приходится до 80 % всей энергии люминесценции. Применяются для изготовления активных элементов твердотельных лазеров направленного излучения с λ = = 900, 1060 и 1300 нм.

Оптические керамика и кристаллы. Характеризуются свойствами, отсутствующими у оптического стекла: пропусканием в УФ и ИК областях спектра и значительной величиной коэффициента основной средней дисперсии при малом показателе преломления.

Оптическая керамика (КО) – поликристаллический материал производится методом горячего прессования под большим давлением в вакууме. Обладает высокой механической прочностью и термостойкостью. Предназначена для различных оптических приборов ИК диапазона и подложек интерференционных осветительных фильтров.

Хлористый натрий (NaCl) – мягкий природный кристалл (каменная соль) с п = 1,52 на волне 2000 нм. Прозрачен в области спектра 250–3000 нм. Растворим в воде и глицерине, гигроскопичен. Применяется для изготовления спектральных призм ИК диапазона.

Бромистый калий (КВг) – мягкий кристалл с п = 1,54 на волне 2000 нм. Прозрачен в области спектра 210–27 000 нм. Растворим в воде и глицерине, гигроскопичен. Применяется для изготовления спектральных призм ИК диапазона.

Германий (Ge) – синтетический хрупкий кристалл с n = 4,12 на волне 2000 нм. Непрозрачен в видимой области спектра, пропускает лучи от 2000 до 15 000нм и от 40 000 до 60 000 нм. Требует просветления из-sa больших потерь на отра жение при преломлении. Применяется в ИК диапазоне.

Кремний (Si) – синтетический хрупкий кристалл с п = 3,46 на волне 2000 нм. Непрозрачен в видимой области спектра. Пропускает лучи в области от 15 000 до 22 000 нм.

Кварц кристаллический (SiO₂) – синтетический кристалл (природный – горный хрусталь) с п = 1,52 на волне 2000 нм. Имеет слабовыраженное двойное лучепреломление. Прозрачен в области спектра 180-10 000 нм. Применяется для изготовления оптических деталей спектральных и поляризационных приборов.

Кальцит (СаСО₃) – синтетический кристалл (природный – исландский шпат), хрупкий и нетермостойкий с n= 1,66 на волне 560 нм. Имеет сильно выраженное двойное лучепреломление. Пропускает видимую и ближнюю ИК область спектра.