Часто в книгах про попаданцев описывают, как главный герой, сварив стекло на костре, делает чуть ли не микроскоп. Не хотелось бы разочаровывать, но ничего не получится. Если посмотреть через бутылочное стекло, то все искажается. Это происходит не столько за счет кривой поверхности, сколько за счет того, что стекло неоднородно — оно состоит из фрагментов с разными коэффициентами преломления и даже цвета. Поэтому если хочется сделать хотя бы примитивную подзорную трубу, то нужно озаботится производством стекла, хотя бы близкого к оптическому, то есть высокой однородности и прозрачности.
Вообще-то у настоящего оптического стекла есть масса влияющих на качество параметров. Самый основной. это коэффициент преломления. Во-первых — он в разных видах стекла меняется от 1,43 до 2,17. Это очень большой разброс, но современной оптике и его не хватает — создаются керамические, кварцевые или сапфировые элементы. Второй параметр — дисперсия. Луч света состоит из волн разного цвета, а у каждого цвета немного свой коэффициент преломления. Именно поэтому по краям линзы мы видим цветные ореолы. Следующий важный параметр — это коэффициент поглощения (то есть прозрачность). И последнее — эти все коэффициенты в современном стекле отклоняются на мизерные величины — порядка одной десятитысячной процента. Нам такое будет только снится, но мы и не будем пока выпускать светосильные объективы. Нам главное — однородность полученного результата.
Так из чего же делать оптические приборы?
Конечно, для фараона можно сделать очки и из горного хрусталя — но сложность его обработки очень высока. Да и технологию под него придется создавать особую, что долго, а нас все же интересует массовое производство. Вариант же с сапфиром можно вообще отбросить — с твердостью 9 по Моосу его обрабатывать куда сложнее, чем горный хрусталь. В конце концов, можно просто переплавить кварц и получить кварцевое стекло — но для этого нужно 1730°С, что совсем-совсем нетривиально для древнего мира…
Поэтому делаем из стекла.
Итак, в чем отличие технологии простого оптического стекла от стекла для бутылок?
Во-первых — стекло нужно варить в закрытых сосудах. Из-за того, что для растопки используют уголь, то угольная пыль и сажа попадают в расплав и стекло получается темным. Второе — температура для проварки должна быть достаточно высокой, выше 1500°С. При этом, чтобы расплавить стекло до состояния, когда с ним можно работать, нужно всего около 700°С. Поэтому процесс идет двухступенчато — сначала стекло проплавляют и результат выливают в воду — там он трескается, получаются так называемые фритты. Фритты перемалывают и плавят еще раз, с температурой до 1000°С. Кроме всего прочего, это дает более однородную структуру стекла, что очень важно для оптики.
Самое простое — свинцовое стекло. Но свинец, добавленный в стекло, окрашивает его в желто-оранжевый цвет. Чтобы цвет нейтрализовать, нужно вместо соды (Na2CO3) для варки свинцового стекла использовать поташ (K2CO3). Такое стекло называется «флинт» и варят его с 1635 года. Для простейших оптических приборов нам вполне подойдет.
Ну и последний секрет. В стекле попадаются так называемые «свили», это неоднородности в виде нитей (отлично видно в любой стеклянной бутылке). Нам для оптического стекла они неприемлемы. Они образуются из-за контакта расплавленного стекла со стенками горшка, в котором плавят стекло. При такой температуры стенки горшка немного плавятся и вещества из них попадают в расплав, причем чем ближе к центру, тем их меньше. При отливе эта неравномерность и образуют нитки-свили, а если плавим двухступенчато, то при переплавке фритт образуются «мошки». Чтобы их не было, требуется при варке постоянно перемешивать расплавленную массу — простым железным прутом с огнеупорным наконечником. С одной стороны элементарно. Но сделать это непросто, так как горшок будет открыт и в него попадет сажа, для такого метода варки необходимо более сложную конструкцию печи. Кроме того — стекло варят до 4-х суток (если большие горшки), что простоты не добавляет. Но с другой стороны — стекло получается настолько однородным, что двухступенчатый процесс не обязателен — стекло можно сразу пускать в использование. Вобщем — все зависит от отладки процесса на конкретном заводе.
Ну можно добавить еще, что в работу потом берется не вся масса, а слиток обычно разбивают на части, сортируют их по размеру и показетелю преломления, и формуют и полируют каждую линзу отдельно.
Ну, и понятное дело, чтоб не было зеленого бутылочного оттенка, содержание железа должно быть в пределах 0.01% (да-да, всего одна сотая процента!!!)
Как обеспечить такую чистоту — тоже отдельный вопрос. Хотя, если попаданец взялся варить стекло, у него как минимум должна была быть пятерка в школе по химии 🙂
Да там на самом деле проблем вагон и маленькая тележка.
Я только самого края коснулся — там ведро таких «отдельных вопросов».
Проблема железа не является столь серьезной. В качестве чистого сырья можно использовать тот же горный хрусталь, или даже обычный белый кварцит, который повсеместно встречается в речной гальке. Или же песок очищается промываниеи соляной кислотой или прокаливанием с нашатырем — летучие хлориды железа испаряются. Аналогично действует поваренная соль, добавояемая в шихту.
С сажей и копотью тоже нет особых проблем — они выгорают при варке, более того, иногда уголь специально добавляют в шихту. Даже древесная зола, состоящая в основном из карбонатов калия и кальция, растворяется в стекле с незначительным изменением его состава
Вот из Википедии
Началом промышленного производства оптического стекла можно считать результат многолетней работы швейцарца Гинана, которому, совместно с Фраунгофером, удалось внедрить на заводе Утцшнайдера в Бенедиктбойерне (Бавария) более или менее надёжный способ получения хорошего оптического стекла в горшках емкостью до 400 кг. Ключом к успеху был изобретённый Гинаном приём механического перемешивания расплава во время варки, круговыми движениями глиняного стержня, вертикально опущенного в стекло. В 1811 году, Гинаном и Фраунгофером, было запущено в производство два сорта оптического стекла:
крон (72 % SiO2, 18 % K2O, 10 % CaO)
флинт (45 % SiO2, 12 %K2O, 43 % PbO)
Учитывая именно военное применение оптики и астрономические наблюдения, переоценить значение данных рецептов просто немыслемо. Однако состав шихты надо искать тщетельнее.
Кстати сегодня смотрел литературу по ювелирным камешка, так там сорт «стразы» нашел. Хорошая дисперсия и прозрачность.
Состав «страз» 8,8 Поташ + 53 окись свинца + 38,2 кремнезём
Ну там ещё буры капельку и мышьяковой кислоты. Для окраски можно добавить медь и хром 0,2 и 0,02 процента для синего цвета. Короче преломление от 1,7 до 2,3 примерно. Получится или нет оптика, а вот поддельные камушки для ювелиров вполне подойдут. Главное блеск в глазах куртизанок.
К чему? Стекло с хорошей прозрачностью не только для оптических приборов пойдёт, но и для «дешёвых» тносительно и красивых украшений. Это реальные деньги.
«Во-первых — стекло нужно варить в закрытых сосудах. Из-за того, что для растопки используют уголь, то угольная пыль и сажа попадают в расплав и стекло получается темным.»
«Чтобы их не было, требуется при варке постоянно перемешивать расплавленную массу — простым железным прутом с огнеупорным наконечником. С одной стороны элементарно. Но сделать это непросто, так как горшок будет открыт и в него попадет сажа, для такого метода варки необходимо более сложную конструкцию печи.»
нужна муфельная печь. она много для чего нужна (можно еще газогенератор замутить но муфель попроще будет)
>оно состоит из фрагментов с разными коэффициентами преломления и даже цвета.
Получилось: «оно состоит из фрагментов с разными коэффициентами преломления и даже с разными коэффициентами цвета». Вот только не бывает коэффициентов цвета. Здесь даже не по закону Мёрфи фигня, а просто языковая фигня, так как неоднозначностью не воняет.
>называется «флинт» и варят его с 1635 года. Для простейших оптических приборов нам вполне подойдет.
Флинт нужен не для простейших оптических приборов, а для любых, просто в сложных к нему добавляетсякрон для компенсации хроматических аберраций. Если сделать из одного крона, результат будет не лучше, а вот вместе, за счёт разности дисперсий, можно сделать приличный многолинзовый окуляр, у которого хроматические аберрации будут меньше.
«Поэтому если хочется сделать хотя бы примитивную подзорную трубу, то нужно озаботитЬся»
«Вообще-то, у настоящего оптического стекла »
«Самый основной — это коэффициент преломления.»
«Нам такое будет только снитЬся, но мы и не будем пока выпускать светосильные объективы.»
«Из-за того, что для растопки используют уголь, угольная пыль и сажа попадают в расплав и стекло получается темным.»
«При отливе эта неравномерность и образует нитки-свили, а если плавим двухступенчато, то при переплавке фритт образуются «мошки».»
«С одной стороны, элементарно.»
https://www.youtube.com/watch?v=B7lgo1LbpCs
аффтар говорит что прозрачное стекло получилось всего с 20ой попытки.
И это он еще пришел на разработанное месторождение и набрал в ведро минералов!
А если бы он использовал древние печи, где в стекло падает куча мусора?
Свинцовые флинты варят с 17 века, причем за счет легкоплавкости и низкой вязкости расплава вполне годное оптическое стекло получалось и без длительного перемешивпния расплава. Так что не на костре, но в простой печи его вполне можно сварить, тем более что сырье вполне доступное и легко подвергается очистке. Высокий коэффициент преломления и относительно низкая дисперсия флинта очень хороши для оптических целей.
Все ухищрения типа длительного перемешивания понадобились только тогда, когда началось массовое производство оптических приборов, появилась потребность в крупных линзах и ахроматических приборах.
Роскошная книга Качалов Н.Н. Стекло 1958
Про флоат процесс еще ничего нет, но учитывая что первые опыты по нему делались еще Бессемером, а успех пришел лишь конце 50х(как раз годы написания книги) вещь явно непопаданческая.
Дайджест https://www.dropbox.com/s/2e48sq8dtry9elh/glass.txt?dl=0
форма бутылок по годам https://ic.pics.livejournal.com/shakko.ru/2710882/4371544/4371544_original.jpg
Другая отличная книга по стеклодувному делу James E. Hammesfahr — Creative Glass Blowing_ Scientific and Ornamental-Times Books (1978)
Бусы
нанизывание с Bead Spinner https://www.youtube.com/watch?v=tEijus0m030
ориентирование вращением https://www.youtube.com/watch?v=zBVPABGMsKY
ручная машинка для прокатки проволоки https://youtu.be/89niYJEE9mQ?t=73
нанизывание с Bead Spinner https://www.youtube.com/watch?v=tEijus0m030
ориентирование вращением https://www.youtube.com/watch?v=zBVPABGMsKY
ручная машинка для прокатки проволоки https://youtu.be/89niYJEE9mQ?t=73
сортировка бусин по размеру https://youtu.be/d2AWzoJJCEs?t=522
придание сферической формы https://youtu.be/d2AWzoJJCEs?t=610
пересчет https://youtu.be/d2AWzoJJCEs?t=677
Даже не стесняются работникам показывать цену 15.99$ на каждой коробочке.
Освоив выплавку простого оптического стекла и шлифовку из него линз, попаданец столкнется с тем, что изображение в зрительной трубе или микроскопе получится сильно искаженным и размытым. Причиной этому служат различные аберрации, из которых наибольшее влияние на разрешающую способность оказывает хроматическая аберрация.
Хроматическая аберрация возникает из-за того, что световые лучи с разной длиной волны преломляются по-разному, и в итоге положение фокуса, например, для красных и фиолетовых лучей не совпадают.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/aa/Chromatic_aberration_lens_diagram.svg
Причину этого явления выяснил еще Исаак Ньютон в 1666 г., открывший дисперсию света при преломлении. Ньютон же первым попытался устранить хроматические аберрации, но из-за ошибочно построенного эксперимента ему это не удалось.
На практике скомпенсировать такой тип аберраций смог Честер Холл в 1733 г, а поставил на поток производство ахроматической оптики Джон Доллонд в 1758 г.
Для компенсации хроматической аберрации используется комбинация двух линз — собирающей и рассеивающей — из стекла разных типов.
Стекло первого типа (крон) имеет относительно небольшой показатель преломления (около 1.5) и невысокую дисперсию (число Аббе около 60).
Стекло второго типа (флинт) наоборот, имеет сильную преломляющую способность (коэффициент преломления 1.6-1.7) и высокую дисперсию (число Аббе 25-35).
Если собрать (желательно склеить клеем с промежуточным значением показателя преломления, что сильно уменьшит потери на отражение) дублет из собирающей линзы из крона и рассеивающей из флинта (оптическая сила второй линзы меньше, поэтому комбинация двух линз работает как собирающая линза), можно достичь того, что световые лучи двух разных длин волн будут фокусироваться в одной точке.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/15/Lens6b-en.svg
Для визуального наблюдения обычно добиваются сходимости желтых и синих лучей, или фиолетовых и красных. Для фотосъемки подбираются другие длины волн в зависимости от светочувствительности конкретного фотоматериала.
Использование двойного набора стекол сильно усложняет конструкцию оптических приборов, однако это усложнение вполне оправдано, тем более что принципиальных сложностей для появления ахроматической оптики нет даже в достаточно глубокой древности.
Основная сложность для попаданца состоит в получении стекол с нужными характеристиками.
Кроновое стекло, применявшееся в оптике с XIII в. почти до середины века XIX в. представляло собой обычное щелочно-известковое стекло, такое же, как стекло для окон или зеркал (само название crown glass произошло от метода изготовления листового оконного стекла в виде диска за счет быстрого вращения. Из листа стекла выбирали куски, свободные от пузырей и свили, для шлифовки линз). Особенно ценилось венецианское стекло «vitrum blanchum» и позже появивщееся «crystallo», которые выплавлялись из кварцитовой гальки вместо песка, и соды из золы прибрежных растений, привозившейся из Леванта.
Кроме тщательного выбора чистого сырья венецианские мастера практиковали выливание расплавленного стекла в воду с последующим переплавлением. Такая нехитрая обработка, вместе со снятием пены при плавке, обеспечивала полное удаление хлоридов и сульфатов, содержавшегося в соде и не дающего получить прозрачное стекло. Для уменьшения температуры плавления и снижения вязкости стекла использовался избыток соды, из-за чего стекло получалось недостаточно прочным и стойким к воздействиям окружающей среды. Попаданец, помимо хорошо известных приемов очистки компонентов и улучшения состава стекла (использование смеси соды и поташа, добавление окиси бария или магния, и т.д.), может вообще заменить кроновое стекло на полиметилметакрилат http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/pleksiglas/, поскольку их оптические свойства весьма близки (показатель преломления и число Аббе ПММА 1.495 и 58 соответственно).
Выплавка же свинцового флинта не должна составить особых проблем, такое стекло производится с 1662 г., когда Джордж Равенскрофт начал использовать прокаленный кремень (который и дал стеклу название «flintglass») как источник очень чистого кремнезема, а свинцовый сурик — как добавку, понижающую температуру плавления. Получаемое таким образом стекло (свинцовый хрусталь) было очень прозрачным и благодаря высокой дисперсии хорошо играло на солнце, поэтому из него делали граненую посуду и иммитации драгоценных камней.
Попаданец может взять за основу флинт F2 (62% SiO2, 24% PbO, 8% K2O и 6%Na2O), применяющийся до сих пор.
Из-за высокого содержания свинца флинт плавится при намного более низкой температуре, чем обычное кроновое стекло, и благодаря низкой вязкости расплава быстро освобождается от пузырьков воздуха. Однако долгое время не получалось сделать крупные линзы из флинта, более 4 дюймов в диаметре, поскольку при плавке больших количеств тяжелые соединения свинца распределялись неравномерно по высоте тигля.
Решил эту проблему Пьер-Луис Гинан в 1795 г., причем достаточно простым способом — перемешиванием расплавленной массы стержнем из огнеупорной глины.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/57/Henri_Guinand_four_de_fusion_avec_appareil_%C3%A0_guinander.jpg
Метод Гинана позволил изготавливать намного более крупные куски стекла, в десятки килограммов, но на первых порах попаданцу это вряд ли будет нужно
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/PSM_V39_D633_Flint_glass_furnace.jpg
https://www.cmog.org/library/some-account-late-m-guinand-and-important-discovery-made-him-manufacture-flint-glass-large
//Холл хотел сохранить свое изобретение втайне настолько, (видимо ждал открытия первого патентного бюро ну, на, то он и юрист, в конце концов) что работая над созданием ахроматической линзы, остроумно, но недальновидно заказывал крону и флинт (линзы из разных типов оптического стекла с разной преломляющей силой) у двух разных производителей, а именно Эдварда Скарлетта (Edward Scarlett) и Джеймса Манна (James Mann). А те, в свою очередь, сплавляли эти два заказа одному субподрядчику Джорджу Бассу (George Bass), который поняв, что заказчиком является один и тот же человек и дело здесь нечисто. Сложив два и два, он заметил ахроматический эффект, который создают эти две линзы, будучи скомбинированы в одну, но, в этот раз на этом все кончилось. Где-то в 50х годах восемнадцатого века Баас упомянул об этом эффекте в разговоре с оптиком изготовителем телескопов Джоном Долландом (John Dollond) и понеслась, вот кто моментально оценив всю ценность этой находки, по достоинству! Долланд тут же изобрел ахроматическую линзу заново, вставил ее в окуляры своих телескопов и, сделав вид что так и должно быть, незамедлительно получил патент на ее изобретение, что в шестидесятых годах восемнадцатого века, вызвало жаркие битвы между изготовителями оптики за право изготавливать и продавать такие линзы. Сын Долланда Питер, усовершенствовал ахроматическую линзу, дополнив ее третьей линзой, отчего она получила название апохроматической линзы…//
если получение двух сортов стекол с разными свойствами по какой-то причине недоступно (например, из-за отсутствия свинца), ахроматическую оптическую систему можно собрать, используя жидкие линзы. Например, вода и спирты имеют низкий показатель преломления (1.33-1.38), многие органические жидкости, содержащие галогены или серу, обладают высокой преломляющей способностью (сероуглерод 1.63, дииодметан 1.74). При этом жидкость можно заключить между двумя линзами из стекла, что, конечно, связано с некоторыми технологическими трудностями, но вполне реализуемо.
Интересно, что еще Ньютон, теоретически предсказавший возможность элиминации хроматизма, пробовал эксперементально проверить это с линзами из воды. Однако Ньютон добавлял в воду свинцовый сахар, что, по его мнению, должно было улучшить прозрачность, но не учел, что растворенный ацетат свинца сильно повышает показатель преломления.
Самодельная машина для шлифовки линз https://www.youtube.com/watch?v=_i-64P2WaDw&ab_channel=Fraens
Одна из больших проблем при изготовлении оптических приборов — это отражение света на границах оптических элементов. Например, при прохождении света из воздуха в стекло с показателем преломления 1.5 или из стекла в воздух отражается около 4% света (при нормальном угле падения). Для стекол с более высоким показателем преломления вклад отражения еще выше. Учитывая, что в более-менее сложном приборе количество границ оптических элементов может идти на десятки, потери при отражении могут существенно снижать интенсивность проходящего света, а отраженный свет создавать блики, мешающие наблюдениям или фотосъемке.
В современной оптике с подобными проблемами борются при помощи оптического просветления, в частности, с помощью тонких покрытий из материалов с промежуточными значениями показателя преломления. Например, напыление фторида магния (nD = 1.38) поверх кронового стекла (nD ~ 1.5) снижает отражение до ~1%, причем этот эффект достигается как согласование преломляющей способности пленки, так и интерференционными явлениями в тонких слоях.
Однако подобного эффекта можно достичь и более простыми методами. Например, Гарольд Тейлор в 1892 г обнаружил, что старые фотообъективы иногда имели лучшую светосилу, чем аналогичные, но изготовленные недавно. Он связал это явление с выветриванием поверхности под действием внешних факторов, и предложил производить искуственную обработку для достижения аналогичного результата. Для этого линзы или призмы выдерживались при повышенной температуре, около 80 градусах, в течение нескольких десятков часов в слабых растворах кислот или солей (например, фосфорной кислоты, сульфатов железа, меди или цинка, и т.д.). Для каждого типа стекла оптимальные условия подбирались экспертментально. При этом, по видимому, вымывалась часть ионов из стекла, и понижался показатель преломления приповерхностного слоя. Метод химического просветления нашел ограниченное применение в начале XX в., так как давал нестабильные результаты, и был оставлен после изобретения просветляющих покрытий в 30-40-х годах. Тем не менее метод Тейлора вполне мог бы найти пусть и ограниченное применение и на 100, и на 1000 лет раньше.
Ключевой момент — нестабильность, при небольшом выигрыше (19й век… многокомпонентной оптики мало, для дальномеров с биноклями — не критично)… А с послезнанием и напыление вполне несложно освоить, если кто попал в технолога на оптическом производстве :).
Но сам концепт любопытен, да.
Да и на нынешнем уровне — вполне можно нестабильность «мокрой» технологии попробовать придавить, использовать наращивание субмикронного слоя через ТЕОС, например. Но если и сработает — где ТЕОС, и где попаданец…
что, ТЭОС — это сложно? элементарная штука. А вот напыление из фторида магния — это действительно непростая технология.
то, что многокомпонентной оптики мало — дак надо как раз ее и развивать, хоть в XIX в, хоть в XVI, хоть в античные времена. Даже в простом бинокле уже больше 10-15 поверхностей слекло-воздух, что без просаетления снижает светосилу раза в два.
По «элементарности» — всё в мире относительно… развивать синтез качественного ТЕОСа ради *возможного* использования (это моё предположение, а не факт) в «мокром» просветлении — так себе идея. Но учитывая его и тетрахлорида востребованность много где ещё (вся ветка силиконов, апплетов и ты ды, вплоть до пропиток древесины :), про полупроводники не вспоминаем :))- оппортунистическую ветку в просветление можно и попробовать, вместе много ещё с чем тонкоплёночным, капсулируемым и коллоидным.
Кстати, качественный (для тонкослойки) ТЕОС и сейчас купить нетривиально, очень он к воде капризный в этих приложениях. Вакуумная перегонка и запаивание в прожаренные одноразовые ампулы, впрочем, спасают.
из ТЭОСа золь-гелем как раз делают просветляющие покрытия, но их недостаток такой же, как и у получаемых травлением — пористость, низкая стойкость к мех воздействиям. Напыление же по твердости соизмеримо с самим стеклом.
К силиконам ТЭОС имеет ну уж очень отдаленную релевантность (да и силиконы вообще абсолютно непопаданческая штука), но сам по себе в множестве областей применим. А получение его — элементарное, если хлор есть.
> ТЭОСа золь-гелем как раз делают просветляющие покрытия
Ну, значит предположение уже кто-то реализовал
> их недостаток такой же, как и у получаемых травлением — пористость, низкая стойкость к мех воздействиям
А вот это это вполне лечится прожигом таких плёнок. Прочность (жёсткость) и непроницаемость для диффузии получается очень высокая, правда хрупкость зашкаливает уже на сотне нанометров… но на подложке это пофиг. Ньюанс в том, что при этом оптические свойства (и толщина, и коэффициент преломления) уползают монотонно, но нелинейно, и подбирать правильную композицию можно дооолгооо….
> А получение его — элементарное, если хлор есть.
Таких «элементарных» — весь химпром. Раньше 19го века — на мой взгляд нет смысла, да и в 19м — не первый и не второй приоритет. А если попаданец пойдёт в вакуумные лампы — то мокрое просветление вообще, скорее всего, неактуально.
//Таких «элементарных» — весь химпром. Раньше 19го века — на мой взгляд нет смысла, да и в 19м — не первый и не второй приоритет. //
имхо, хлорид кремния и тэос мог бы варить любой алхимик, если объяснить как. Перым же его получил Берцелиус где-то в 1820 году. А в XIX в соизмеримый по сложности продукт — хлорид алюминия — производили многими тоннами.
хотя, если не изменяет память, где-то видел, что этилсиликат сначала производили вообще из жидкого стекла, кислоты и спирта. Но это не точно.
Для простой зрительной трубы или бинокля с 5 оптическими элементами без просветления (пропускание 0.90) проходить будет 59% света, попавшего в объектив. После обработки (пропускание 0.96) проходить будет 82%. При 7 оптических элементах получится 47% и 75% соответственно. Разница достаточно очевидна, и, вероятно, может быть критичной.
Просветление же тонкими пленками фторида магния даст около 95% прохождения света в системе из 5 элементов.
0.9 не занижено, для около-нормальной геометрии? На 45 градусах обычно ~6% отражается, причём обе грани… Впрочем, тут от стекла зависит, конечно.
Для стекла с n=1.5 на каждой границе стекло-воздух отражается около 4%, соответственно для одной линзы будет пропускание около 92% (по оптической оси где то 93% за счет переотражения). Для баритового крона показатель преломления чуть повыше, 1,56, а у флинтов еще выше. Соответственно, на каждой одиночной линзе или призме получится в среднем около 90%. Можете попытаться посчитать точнее — формулы Френеля в помощь.
На 45 градусах разные коэффициенты отражения для разнонаправленно поляризованных лучей (но в среднем такое же значение), а на границе стекло-воздух вообще происходит полное внутреннее отражение.
Отражение, помимо снижения светосилы, дает нежелательные блики, поэтому общий эффект улучшения изображения будет еще выше.
//In 1892 H. D. Taylor discovered that old photographic lenses which had become slightly tarnished were faster than new lenses of the same aperture. Evidently the exposed surface was modified in some way such that it reflected less light than before. Taylor experimented with the problem and found that by the use of certain chemicals he was able to decrease the amount of light reflected by a given glass surface. He did not, however, reveal the actual chemicals which were used except to state that hydrogen sulphide and alkaline sulphides reduced the reflecting power appreciably. Recently F. Kollmorgen has been able, by treatment of glass surfaces, to decrease the amount of light lost in an ordinary flint or barium crown lens from 8 to 10 per cent to 3 or 4 per cent. Experiments of similar nature were also made by Dr. H. Kellner and similar results were obtained.
In view of the importance of this matter for range finders, periscopes, and other military optical instruments a series of experiments was begun by Dr. J. B. Ferguson and the writer during the early months of the war. Unfortunately other matters prevented the completion of this task, but the results thus far attained are of interest.
Polished specimens of light flint glass of refractive index n=1.570 were immersed in solutions of different concentrations and held ordi- narily for 18 hours at 80° C. The experiments proved that with a given concentration of solution the surface change is a gradual process, and that, for the best results, time-temperature-concentration relations are required for each solution with each type of glass. With the light flint specimens the greatest reduction in reflecting power was obtained with a 1 per cent solution of acid sodium phosphate (NaH2PO4) acting for 18 hours at 80° C. Solutions containing 1, 2, and 20 per cent of the salt were tried, but these reduced the reflecting power less. Other solutions nearly equal in effectiveness are: Phosphoric acid (H3PO4), 1 per cent; copper sulphate (CuSO4), 2 per cent; nickel sulphate (NiSO4), 2 per cent; ferric sulphate (Fe2(SO4)3), 2 per cent with a little free H2SO4; potassium dichromate (K2Cr2O7), 2 per cent; less effective are solutions of potassium arsenate, sodium arsenate, copper chloride, zine chloride, nickel chloride, cobalt chloride, potassium iodide, copper nitrate, acetic acid, potassium chromate: little, if any, effect was obtained with solutions of ferric nitrate, magnesium sulphate, zinc sulphate, copper chlorate, potassium chlorate, potassium sulphocyanide, potassium fluoride. Solutions of alkali salts, such as sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium carbonate, ammonium carbonate, etch the surfaces but do not decrease the reflecting power to any extent. In solutions of sodium sulphide and potassium sulphide a sulphide film is formed on the polished surface.
It is an interesting fact that the light reflected from a treated surface is in most cases appreciably colored; this color is commonly a faint blue or blue violet, but in the case of samples treated in solutions of potassium bichromate, copper nitrate, borax, potassium arsenate, the color of the reflected light is noticeably yellow.
Specimens of borosilicate crown glass were treated in similar manner and showed similar decreases in reflecting power. Good results were obtained with solutions of ferric sulphate, 1 and 2 per cent; copper sulphate, 2 per cent; potassium bichromate, 4 per cent; less satisfactory are solutions of copper nitrate, acetic acid, borax, potassium binoxalate, nickel sulphate, acid sodium phosphate. The time of exposure in all these experiments was 18 hours at 80° C.
Samples of light barium crown glass were found to be readily attacked. Weak solutions of nickel sulphate, acid sodium phosphate, copper sulphate, ferrous sulphate, phosphoric acid, acetic acid, copper chloride were tried; in all cases a decided decrease in reflecting power was observed, but the surfaces were noticeably etched, indi- cating too long exposure.
To account for this phenomenon of decreased reflection below the theoretical limits three tentative hypotheses are suggested:
1. A thin surface film of very low refractive index is deposited on the reflecting surface (adsorbed film).
2. There is selective solution at the surface such that the refractive index of the exposed residual surface is greatly lowered.
3. In the process of etching by the attacking solution the surface becomes covered with minute pits which are small compared with the wave length of light. Light waves impinging on the reflecting face encounter a plateau surface consisting of the remnants of the original polished surface with the intervening air pockets above the etch pits. As a result the etched surface behaves optically in its reflecting power as a material whose reflectivity is equal to the sum of the reflecting powers respectively of the exposed plateau elements of the glass, and of the intervening air spaces which are so small that they do not cause appreciable diffraction of the light waves.
The changes in the intensity of normally incident light on reflec- tion with change in refractive index of the reflecting medium as computed by means of the Fresnel equation are listed in Table 6.
These computations indicate that a glass surface reflecting only 2 per cent of vertically incident light must have a refractive index 1.329, which is less than that of water.
The fact of the lowering of reflecting power by treatment in solutions is established beyond question. The change produced is so permanent that it does not disappear on ordinary rubbing or cleaning the surface or after several years’ exposure to the air. Such surfaces show a tendency to appear faintly colored (blue or violet) in reflected light depending on the solution employed and also on treatment (polishing) just before immersion in the solution. If the refractive indices of original and treated samples are measured by total reflection methods no difference in refractivity between them can be detected.
The three hypotheses cited above are not of equal probability. The fact that the reflecting power can be lowered by immersing the glass surface in solutions of widely different character, and that the surface can not be rubbed off is difficult to explain by the first hypothesis. The refractive index required theoretically to give such low reflecting power, and the fact that the index of silica glass is about 1.460 is an argument against the second hypothesis. In favor of the third hypothesis is the observed change in refractive index of the zeolites and some other water-bearing compounds, namely, that on loss of water, the refractive index of the mineral is lowered and not raised as one might possibly expect.
During the war this process of treating polished surfaces to reduce the reflecting power was not developed to the point where it could be adopted as a routine factory operation; before this can be done more experimental data are required. The possibilities, from both a theoretical and a manufacturing viewpoint, are, however, great, and warrant further detailed investigation of this subject.//