ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Стекло в истории
Самым важным из всех оптических материалов является стекло. История стекла насчитывает столько лет, что его изобретение окутано тайнами и мифами. Известно, что уже в 4000 г. до н< э. египтяне делали каменные бусы, покрытые тонкой стеклянной глазурью. К XV в. до н. э. они научились делать стеклянные сосуды, навивая горячие и мягкие стеклянные полоски на глиняные цилиндры. Подлинный переворот в стеклоделии был совершен примерно 2000 лет назад благодаря открытию способа выдувания из расплавленного стекла, и в течение долгого времени это было основным методом изготовления стеклянной посуды. Уже в то время, как это делают я теперь, стекло изготовляли, расплавляя песок вместе с содой или с поташом и добавляя присадки, меняющие оптические и другие свойства стекла. Метод окраски стекла путем добавки специально подобранных окислов металлов в шихту до ее плавления почти тан же стар, как и само стекло. Уже в древности знали, что добавка окиси меди дает зеленое стекло, окиси железа — коричневые тона, окиси кобальта — красивые голубые тона, а медь делает стекло красным. Отливка оконного стекла в виде пластин была известна древним римлянам. Уже к VI в. цветные стеклянные мозаики использовались для украшения соборов. На рубеже тысячелетия были созданы великолепные цветные витражи в соборах и церквах.
В древние времена — будь то в Малой Азии, Китае, Греции или Риме — в большом ходу были зеркала, но их делали только из металла. В те времена бронза была стратегическим военным материалом — из нее изготавливались доспехи и оружие. Бронза — это сплав олова и меди, и, может быть, нападение римлян на Англию было вызвано стремлением захватить известные
Корнуэлльские месторождения олова. Если при изготовлении бронзы увеличить содержание олова примерно до 35%, то получается серебристо-белый сверкающий сплав — спекулум; естественная отражательная способность его свыше 80%, он твердый, не тускнеет и хорошо полируется. Именно этот «зеркальный» металл, который некоторые неправильно принимали за бронзу, открытый нашими предками, и использовался для изготовления зеркал.
Зеркала, сделанные из плоского стеклянного листа с подложкой из металла, впервые появились в Германии в XII в. К Х1У в. алхимики открыли, что жидкая смесь олова и ртути образует амальгаму; ею можно покрыть стекло, а затем она затвердевает. И сегодня зеркала делают по этому же рецепту, лишь добавляя слой защитной краски. И до открытия реакции осаждения серебра в 1840 г. никаких изменений способ изготовления зеркал не претерпел.
Выйдя из тьмы веков, стекольное дело сосредоточилось на изготовлении бокалов, рюмок, кубков и столовой посуды. Открытие, что добавка небольшого количества окиси свинца в стеклянную шихту дает хрусталь — сверкающее тяжелое стекло, похожее на драгоценный камень, было использовано ювелирами начиная с XII в. В XV в. венецианцы завоевали себе мировое первенство в стеклоделии, заменив традиционный морской песок белым кварцевым песком. Это сделало стекло более прозрачным и способствовало резкому улучшению качества массовой продукции. В 1688 г. в Нормандии был изобретен способ изготовления листового етекла путем вытягивания довольно больших листов из тигля с расплавленным стеклом. Успешная отливка хорошего листового стекла в Англии заставила себя ждать до 1773 г.
Такие ученые, как Кеплер и Ньютон, могли воспользоваться лишь довольно грубо изготовленными линзами и призмами, которые умели делать к тому времени. Большинству ученых приходилось самим шлифовать себе линзы из кусков стекла. В эпоху Ньютона еще Не знали, что разные сорта стекла могут обладать заметно различающимися оптическими свойствами. Лишь около 1750 г. выяснилось, что можно довольно просто изготовлять два различных сорта стекла, называемых теперь кроном и флинтом.
В 1758 г. английский оптик Джон Доялонд впервыепопытался сделать яинзы телескопа без хроматическеи^ аберрации, разобравшись по существу в различив свойств этих двух стекол. К началу XIX в. эти «орта стекла уже были хорошо изучены я широко использовались. Крон — легкое стекло, с малой плотностью; обычно крон содержит около 70% кварца (в виде песка) и 10% известняка. Флинт — плотное стекло, содержит всего 45% кварца, но до 40% окиси свинца. Крон и флинт существенно различаются по оптическим свойствам: они не только имеют различные показатели преломления, но и по-разному «растягивают» спектр, т. е. имеют разную дисперсию. Крон имеет более низкий показатель преломления, но более высокую, чем флинт, дисперсию. Поэтому если сделать из' этих стекол две линзы — одну собирающую, а другую рассеивающую, то дисперсии обеих линз скомпенсируют друг друга, и система будет действовать как положительная или отрицательная линза. Именно благодаря наличию подходящих сортов флинта и крона в 1814 г. немецкому оптику Фраунгоферу удалось сделать довольно хорошие ахроматические линзы для телескопа. Но хотя цветовая коррекция для линз телескопа оказалась сносной, она была недостаточной для линз микроскопа и фотоаппарата из-за специфической роли линз в этих инструментах.