RU2091824C1 - Optical materials - Google Patents

Optical materials Download PDF

Info

Publication number
RU2091824C1
RU2091824C1 RU94044692A RU94044692A RU2091824C1 RU 2091824 C1 RU2091824 C1 RU 2091824C1 RU 94044692 A RU94044692 A RU 94044692A RU 94044692 A RU94044692 A RU 94044692A RU 2091824 C1 RU2091824 C1 RU 2091824C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical systems
optical
picture quality
curvature
bismuth
Prior art date
Application number
RU94044692A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94044692A (en
Inventor
Ю.Ф. Каргин
В.М. Скориков
Ю.В. Федоров
И.М. Ефименко
С.Г. Женовка
Original Assignee
Институт общей и неорганической химии им.Н.С.Курнакова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт общей и неорганической химии им.Н.С.Курнакова filed Critical Институт общей и неорганической химии им.Н.С.Курнакова
Priority to RU94044692A priority Critical patent/RU2091824C1/en
Publication of RU94044692A publication Critical patent/RU94044692A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2091824C1 publication Critical patent/RU2091824C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: optical systems possessing an enhanced picture quality at theoretically critical characteristics. SUBSTANCE: for fabrication of lenses use is made of bismuth orto-germanate, which makes it possible to enhance the picture quality in development of optical systems at similar focal lengths due to correction of astigmatism because of the decrease of curvature of the refracting of the decrease of curvature of the refracting surface and increase the service life of optical systems due to nonhygroscopicity of the material, its monocrystallinity and high radiation resistance. EFFECT: enhanced picture quality. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к оптике в частности к линзам, и может использоваться в оптических системах, обладающих улучшенным качеством изображения при теоретически предельных характеристиках. Известны оптические материалы стекла с высоким показателем преломления в частности, сверхтяжелые кроны СТК16 и СТК20 с показателями преломления ne=1,790 и 1,768 и дисперсиями ν 45,4 и 50 соответственно [1]
По химическому составу сверхтяжелые кроны представляют собой боратные стекла, содержащие 7-39 мол. SiO2; 24-52 мол. B2O3; 34-48 мол. (CaO, ZnO, Al2O3 + La2O3, TiO2, ZrO2) [2]
Известна также [3] группа тяжелых баритовых флинтов, например, ТБФ9 с ne= 1,8129 и n 42,5, а также ТБФ11 с ne=1,837 и n 42,8. По химическому составу тяжелые баритовые флинты состоят из 20-40 мол. SiO2; 20 мол. B2O3; 3-43 мол. BaO, PbO с добавками ZnO, CaO, TiO2, WO3[2]
Эти стекла довольно перспективны для улучшения качества изображения при разработке оптических систем с характеристиками, близкими к предельным. Однако, показатель преломления этих стекол ограничен величинами, указанными выше, и не может быть более 2,0, при этом они имеют высокие значения дисперсии.
The invention relates to optics, in particular to lenses, and can be used in optical systems having improved image quality with theoretically extreme characteristics. Optical glass materials with a high refractive index are known, in particular, super-heavy crowns CTK16 and CTK20 with refractive indices n e = 1.790 and 1.768 and dispersions ν 45.4 and 50, respectively [1]
According to the chemical composition, superheavy crowns are borate glasses containing 7-39 mol. SiO 2 ; 24-52 mol. B 2 O 3 ; 34-48 mol. (CaO, ZnO, Al 2 O 3 + La 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 ) [2]
A group of heavy barite flints is also known [3], for example, TBP9 with n e = 1.8129 and n 42.5, as well as TBP11 with n e = 1.837 and n 42.8. The chemical composition of heavy barite flints consists of 20-40 mol. SiO 2 ; 20 mol. B 2 O 3 ; 3-43 mol. BaO, PbO with additives of ZnO, CaO, TiO 2 , WO 3 [2]
These glasses are quite promising for improving image quality in the development of optical systems with characteristics close to the limit. However, the refractive index of these glasses is limited by the values indicated above, and cannot be more than 2.0, while they have high dispersion values.

Достаточно сложная технология изготовления таких стекол оптического качества ограничивает их выпуск и определяет высокую стоимость. A rather complicated manufacturing technology of such glasses of optical quality limits their production and determines a high cost.

Кроме того к недостаткам этих стекол относится их взаимодействие с влагой. По показателю пятнаемости стекла, содержащие >17 мол. B2O3 относятся к III группе (пятнающиеся стекла) и IV группе (нестойкие стекла) [4]
Наиболее близким к предлагаемому материалу для изготовления линз является оптический материал: к которому относится группа сверхтяжелых флинтов [5] типа СТФ2 с ne=1,955, и n 20,2 и СТФ3 с ne=2,186 и n 16,6. По химическому составу сверхтяжелые флинты состоят из 50 мол. SiO2; 48-59 мол. PbO и 0,5-1,5 мол. K2O (Na2O).
In addition to the disadvantages of these glasses is their interaction with moisture. In terms of spotability, glass containing> 17 mol. B 2 O 3 belong to group III (stained glass) and group IV (unstable glass) [4]
Closest to the proposed material for the manufacture of lenses is optical material: which includes a group of superheavy flints [5] of type STF2 with n e = 1.955, and n 20.2 and STF3 with n e = 2.186 and n 16.6. In terms of chemical composition, super-heavy flints consist of 50 mol. SiO 2 ; 48-59 mol. PbO and 0.5-1.5 mol. K 2 O (Na 2 O).

Недостатком таких стекол, является желтый оттенок, что снижает прозрачность в видимой области на 10-20% а также повышенная кристаллизационная способность, что приводит к изменению оптических характеристик вследствие старения [4]
Техническим результатом изобретения является изыскание оптического преломляющего материала с высоким показателем преломления [1, 2] при относительно невысокой дисперсии (n 20), обеспечивающего повышение качества изображения.
The disadvantage of such glasses is a yellow tint, which reduces transparency in the visible region by 10-20% and also increased crystallization ability, which leads to a change in optical characteristics due to aging [4]
The technical result of the invention is the search for optical refractive material with a high refractive index [1, 2] with a relatively low dispersion (n 20), which provides improved image quality.

Согласно изобретению технический результат обеспечивается за счет того, что ортогерманат висмута Bi4Ge3O12, показатель преломления которого n=2,1, а дисперсия n 20.According to the invention, the technical result is achieved due to the fact that the bismuth orthogermanate Bi 4 Ge 3 O 12 , the refractive index of which is n = 2.1, and the dispersion is n 20.

Указанное соединение описано в литературе [6] и ранее использовалось в качестве сцинтилляционного материала для регистрации гамма-излучения, электроном и др. элементарных частиц в ядерной физике, геологии, медицине. Использование ортогерманата висмута для изготовления линз в литературе не описано. The specified compound is described in the literature [6] and was previously used as scintillation material for recording gamma radiation, electron, and other elementary particles in nuclear physics, geology, and medicine. The use of bismuth orthogermanate for the manufacture of lenses is not described in the literature.

Применение ортогерманата висмута Bi4Ge3O12 в сравнении с обычными кроновыми и флинтовыми стеклами (аналоги и прототип) при одинаковых (нормированных) фокусных расстояниях приводит к меньшей кривизне преломляющих поверхностей и вследствие этого к снижению абберций всех порядков, а это в свою очередь, приводит к возможности увеличения относительного отверстия оптической системы без ее усложнения. При этом, помимо возможности создания новых систем, возникает возможность упрощения серийно выпускаемых оптических систем, в частности, фотообъективов за счет замены в них сложных коррекционно-силовых компонентов более простыми, содержащими ортогерманат висмута.The use of Bi 4 Ge 3 O 12 bismuth orthogermanate in comparison with ordinary crown and flint glasses (analogues and prototype) at the same (normalized) focal lengths leads to less curvature of the refracting surfaces and, as a result, to a decrease in aberrations of all orders, and this, in turn, leads to the possibility of increasing the relative aperture of the optical system without complicating it. At the same time, in addition to the possibility of creating new systems, it becomes possible to simplify commercially available optical systems, in particular, photo lenses by replacing complex corrective-power components with simpler ones containing bismuth orthogermanate.

Таким образом, применение Bi4Ge3O12 в качестве оптического материала при изготовлении линз оптических систем приводит к возможности повышения качества изображения без их усложнения за счет уменьшения кривизны преломляющей поверхности и за счет исправления астигматизма.Thus, the use of Bi 4 Ge 3 O 12 as an optical material in the manufacture of lenses of optical systems makes it possible to improve image quality without complicating them by reducing the curvature of the refracting surface and by correcting astigmatism.

Получение монокристаллов ортогерманата висмута. Obtaining single crystals of bismuth orthogermanate.

Исходную смесь оксидов висмута (III) марки ОСФ 13-3 (для монокристаллов) и оксида германия (IV) (ТУ 48-21-72), взятую в соотношении Bi2O3:GeO2 2:3, в количестве 1,0 кг перемешивают в агатовой ступке и затем проводят твердофазный синтез шихты Bi4Ge3O12 в платиновой чашке на воздухе при 750-950oC. Полученную шихту загружают в платиновый тигель диаметром 200 мм, высотой 300 мм в количестве 40 кг, расплавляют и проводят процесс выращивания монокристаллов методом Чохральского на ориентированную затравку. Получают бесцветные монокристаллы диаметром до 150 мм и длиной до 250 мм.The initial mixture of bismuth (III) oxides grade OSF 13-3 (for single crystals) and germanium oxide (IV) (TU 48-21-72), taken in the ratio of Bi 2 O 3 : GeO 2 2: 3, in an amount of 1.0 kg is mixed in an agate mortar and then solid-phase synthesis of the Bi 4 Ge 3 O 12 mixture is carried out in a platinum cup in air at 750-950 o C. The resulting mixture is loaded into a platinum crucible with a diameter of 200 mm, a height of 300 mm in the amount of 40 kg, melted and carried out the process of growing single crystals by the Czochralski method for oriented seed. Colorless single crystals with a diameter of up to 150 mm and a length of up to 250 mm are obtained.

На чертеже представлен окуляр. The drawing shows an eyepiece.

В качестве примера конкретного использования можно привести разработку окуляра для телескопических систем. Окуляр имеет следующие конструктивные параметры (см.таблицу). An example of a specific use is the development of an eyepiece for telescopic systems. The eyepiece has the following design parameters (see table).

Расчет хода действительных лучей свидетельствует, что по сравнению с известным трехлинзовым окулятором, в котором одна линза (N 1) с высоким показателем преломления (n=2,0667), выполненная из сверхтяжелого флинта [7] заменяется на линзу из ортогерманата висмута, данный окуляр обладает улучшенным качеством изображения за счет уменьшения кривизны поверхности линзы, и исправления астигматизма (астигматическая разности

Figure 00000002
в пределах поля ω 30o не превышает 2 мм, что более чем в три раза лучше, чем в известном окуляре).The calculation of the actual ray path indicates that, compared with the well-known three-lens eyepiece, in which one lens (N 1) with a high refractive index (n = 2.0667) made of superheavy flint [7] is replaced by a bismuth orthogermanate lens, this eyepiece has improved image quality by reducing the curvature of the lens surface, and correcting astigmatism (astigmatic difference
Figure 00000002
within the field ω 30 o does not exceed 2 mm, which is more than three times better than in the known eyepiece).

Применение линз, выполненных из ортогерманата висмута Bi4Ge3O12 при разработке оптических систем при одинаковых (нормированных) характеристиках позволяет повысить качество изображения без усложнения оптической системы, а также существенно расширить спектральный диапазон применения оптических приборов.The use of lenses made of Bi 4 Ge 3 O 12 bismuth orthogermanate in the development of optical systems with the same (normalized) characteristics allows improving image quality without complicating the optical system, as well as significantly expanding the spectral range of application of optical devices.

Кроме того, использование Bi4Ge3O12 выгодно экономически, т.к. позволяет снизить стоимость изделий за счет несложной технологии изготовления предлагаемого оптического материала.In addition, the use of Bi 4 Ge 3 O 12 is economically advantageous, since allows to reduce the cost of products due to the simple manufacturing technology of the proposed optical material.

Использование линз, выполненных из ортогерманата висмута позволяет также увеличить срок эксплуатации оптических систем за счет негигроскопичности применяемого материала (отсутствие пятнаемости), высокой радиационной стойкости. The use of lenses made of bismuth orthogermanate also allows to increase the life of optical systems due to the non-hygroscopic nature of the material used (lack of spotting), and high radiation resistance.

Поскольку в качестве оптического материала используется монокристалл (а не стекло как в прототипе), то устраняется один из основных недостатков высокопреломляющих стекол, а именно повышенная кристаллизационная способность, что также позволяет увеличить срок эксплуатации этого материала. Since a single crystal is used as an optical material (rather than glass as in the prototype), one of the main disadvantages of highly refracting glasses, namely, increased crystallization ability, is eliminated, which also allows to increase the life of this material.

Источники информации:
1. Бесцветное оптическое стекло СССР. Каталог. М. Госстандарт, 1990, с. 52.
Information sources:
1. Colorless optical glass of the USSR. Catalog. M. Gosstandart, 1990, p. 52.

2. Физико-химические основы производства оптического стекла /под ред. Л. И.Демкиной. Л. Химия, 1976, с. 62-77. 2. Physico-chemical fundamentals of the production of optical glass / ed. L. I. Demkina. L. Chemistry, 1976, p. 62-77.

3. Бесцветное оптическое стекло СССР. Каталог. М. Госстандарт, 1990, с. 62. 3. Colorless optical glass of the USSR. Catalog. M. Gosstandart, 1990, p. 62.

4. Физико-химические основы производства оптического стекла /под ред. Л. И.Демкиной. Л. Химия, 1976, с. 185-186, с. 209-220. 4. Physico-chemical principles of the production of optical glass / ed. L. I. Demkina. L. Chemistry, 1976, p. 185-186, p. 209-220.

5. Бесцветное оптическое стекло СССР. Каталог. М. Госстандарт, 1990, с. 74. 5. Colorless optical glass of the USSR. Catalog. M. Gosstandart, 1990, p. 74.

6. Каргин Ю.Ф. Каргин В.Ф. Скориков В.М. Шадеев Н.И. Пехова Т.И. Синтез и излучение сцинтилляционных свойств монокристаллов Bi4Ge3O12. Изв. АН СССР, Неорганические материалы, 1984, т. 20, N 5, с. 815-817.6. Kargin Yu.F. Kargin V.F. Skorikov V.M. Shadeev N.I. Pekhova T.I. Synthesis and emission of scintillation properties of Bi 4 Ge 3 O 12 single crystals. Izv. USSR Academy of Sciences, Inorganic Materials, 1984, v. 20, No. 5, p. 815-817.

7. Русинов М.М. Композиция оптических систем. Л. Машиностроение, 1989, с. 202-203. 7. Rusinov M.M. Composition of optical systems. L. Mechanical Engineering, 1989, p. 202-203.

Claims (1)

Применение монокристаллов ортогерманата висмута Bi4Ge3O12 в оптических системах в качестве оптического материала с показателем преломления n 2,1 и дисперсией ν = 20.нThe use of single crystals of bismuth orthogermanate Bi 4 Ge 3 O 1 2 in optical systems as an optical material with a refractive index of n 2.1 and a dispersion of ν = 20.n
RU94044692A 1994-12-19 1994-12-19 Optical materials RU2091824C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94044692A RU2091824C1 (en) 1994-12-19 1994-12-19 Optical materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94044692A RU2091824C1 (en) 1994-12-19 1994-12-19 Optical materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94044692A RU94044692A (en) 1996-10-10
RU2091824C1 true RU2091824C1 (en) 1997-09-27

Family

ID=20163286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94044692A RU2091824C1 (en) 1994-12-19 1994-12-19 Optical materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2091824C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2760890C1 (en) * 2020-12-22 2021-12-01 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Highly refractive glass

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Русинов М.М. Композиция оптических систем. Л.: Машиностроение, 1989, с. 202, 203. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2760890C1 (en) * 2020-12-22 2021-12-01 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Highly refractive glass

Also Published As

Publication number Publication date
RU94044692A (en) 1996-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2726161A (en) High-index glass elements
US4526874A (en) Optical light weight glass with a refractive index of >1.70, an Abbe index of >22 and a density of <3.5 G/CM3
JP3668755B2 (en) Scintillation material and scintillation waveguide element
US7576021B2 (en) Mother glass composition for graded index lens, graded index lens, manufacturing method of graded index lens, optical product and optical instrument using the same
JP5274855B2 (en) Base material glass composition for gradient index lens, gradient index lens and method for producing the same, optical product and optical instrument
CN106587599A (en) Optical glass and method for suppressing the deterioration of spectral transmittance
TW201335094A (en) Optical glass and optical element
US3877953A (en) Niobium pentoxide-containing borosilicate glasses
CN103663961B (en) The manufacturing method of optical glass, optical element and glass forming body
US2676109A (en) Glass
DE602004005793T2 (en) Optical glass with low photoelastic constant
US2790723A (en) High-index glass elements
US3460954A (en) Bao-nb2o5-sio2 glass compositions for use in fiber-optics
US4057435A (en) Optical glasses
CN106927676A (en) The flint optical glass with heavy lanthanum of high-refractivity and low-dispersion
JP2021102549A (en) Optical glass
US3294558A (en) Colorless high index glass compositions
US3785722A (en) USE OF SiO{11 -NB{11 O{11 {11 AND/OR Ta{11 O{11 {11 GLASSES AS ULTRAVIOLET FILTERS
RU2091824C1 (en) Optical materials
US4447550A (en) Lead aluminoborofluorosilicate moldable glasses
US3513004A (en) La2o3-tio2-ta2o5-zro2-bao-b2o3-sio2 optical glass
US3914129A (en) High index optical glass
JP3749276B2 (en) Infrared transmission glass
US3826661A (en) High index optical glass
US3241986A (en) Optical infrared-transmitting glass compositions