Camın birçok benzersiz özelliği vardır ve tedarikçileri tarafından gereksinimleri karşılamak için bir çok özel cam türü üretilmektedir. İnsan gözü için optik camın en belirgin özelliği, yüksek şeffaflıktır. Pencere camına kıyasla, optik camdaki optik yol, aynı iletimi elde etmek için 30 kattan daha uzundur ki bu çok büyük bir farktır. Bu kadar yüksek iletim derecelerine ulaşmak için, bileşenlerin saflığı, bulanıklık seviyesi, kabarcık sayısı ve inklüzyonlar ile ilgili gereksinimler, pencere camından önemli ölçüde daha güçlüdür.
İletimin tersine, bir optik camın optik konumu bir insan gözü için belirgin değildir. Bu vesile ile belirli bir dalga boyundaki kırılma indisi ve dispersiyonu tanımlayan Abbe sayısı, optik konumu tanımlar. Görünür spektrum üzerinden ultraviyoleden başlayan kırılma indisinin kızılötesi rejime yakın rejime olan düşüşünü göstermektedir. Dispersiyon, bu spektral kırılma indisi gelişiminin adıdır ve Abbe numarası d dağılım için bir ölçüdür. Değer ndnd d-çizgisinde (587.5618 nm) tipik olarak kırılma indisi referansıdır. ndnd ve d bu iki değer optik konumu tanımlar ve optik cam türlerinin temel ayırt edici özelliklerini sergiler.
Bu dağılım, fotonik ürünler için optik camlara ve yüksek sofistike lens sistemlerine ihtiyaç duyulmasının ana nedenlerden biridir. Tek bir lens bir mavi ışık ışınına ve bir kırmızı ışık ışınına odaklanırsa, her iki ışın da değişen kırılma indisi nedeniyle farklı sapmalar yaşar. Bu nedenle, her iki rengin odak konumu farklıdır. Bir optik tasarımcı bir çakmaktaşı ve bir taç cam lensi uygun bir şekilde birleştirirse, tasarımcı mavi ve kırmızı ışının odak noktasının örtüşmesini sağlar. Bu ikili, akromatik bir sistemdir. Ne yazık ki, diğer renklerin odak konumları hala değişiklik gösteriyor. Bu nedenle, başka bir kromatik düzeltme ve diğer sapmalar, karmaşık birçoklu lens tasarımı gerektirir. Bu tür mercek sistemi tasarımı, optik konumlarında geniş bir alana yayılan geniş bir optik cam portföyüne dayanır.
Bir ndnd – d diyagram, Abbe diyagramı olarak da adlandırılır. Bu diyagram, kırılma indisini ve Abbe numarasını koordinatlar olarak kullanarak farklı optik cam türlerini eşler. Yüksek Abbe sayılarına karşılık gelen diyagramın sol kısmı, sonunda K harfi ile gösterilen taç camları içerir. Düşük Abbe sayılarına karşılık gelen diyagramın sağ kısmı, sonunda F harfiyle gösterilen çakmaktaşı camları içerir. Kronlar ve çakmaktaşı arasındaki kabaca farklılaşmanın yanı sıra, benzer kimyasal bileşime sahip başka alanları da göstermektedir, örneğin BAF etiketli baryum çakmaktaşı bölgesi veya LAK etiketli lantan kronları alanı. Diyagramdaki konumlarına göre, gözlükler etiketlerini alır, örneğin, F2 F rejiminde bulunur. Cam türü etiketin en sonundaki numara, ilgili alandaki gelişmelerden başka herhangi bir bilgi ve sayım içermemektedir, ayrıca nadiren yeni bir versiyonu belirten bir harf izlemektedir.
N- ön eki, camda kurşun ve arsenik bulunmadığını gösterir. Daha sonra, P- ön eki türleri, aynı zamanda çevre dostu olan ancak ek olarak hassas kalıplama sürecini mümkün kılmak için düşük bir dönüştürme sıcaklığı gösteren özel camlardır. Son olarak, HT veya HTultra son eki, yüksek veya hatta ultra yüksek geçirgenliğe sahip cam türünün özel versiyonlarını tanımlar.
![Cam Bilimi ve Teknolojisindeki Gelişmeler]()
Optik Cam Üretimi
Optik Cam ÜretimiÖnceleri, optik cam üreticileri kapları optik cam bileşiminin bileşenleri ile doldurmuşlardır. Ve ham maddeyi eriterek arıtma işlemleriyle kabarcık içeriğini azaltmışlardır. Bu işlemlerden sonra sıvı bileşimi karıştırmış, camı dökmüş ve tanka tekrar doldurmuşlardır. Son teknoloji ürünü yöntemi ile bir tank üretiminde sürekli bir işlemde camı eritmektir. Diğer cam endüstrileriyle karşılaştırıldığında, optik cam üretimi oldukça küçüktür. Nadiren, bu tür bir tankın içindeki toplam hacim 5 tondan fazladır. Bir cam üreticisi, malzemeleri sürekli olarak eritme haznesine besler. Gaz brülörleri ve elektrotlar ısınır ve sonunda malzemeleri eritir. Eritme haznesindeki sıvı yüzeydeki bazı hala katı hammaddeleri göstermektedir. Erimiş malzeme, hammadde içindeki artık hava ve bileşenler arasındaki kimyasal reaksiyonlar nedeniyle bir miktar kabarcık içerir. Sadece konveksiyonla çalıştırılan sıvılaştırılmış malzeme, komşu arıtma odasına akar. Arıtma odasındaki artan sıcaklık, artan gaz kabarcıklarına ve dolayısıyla daha büyük bir kaldırma kuvvetine yol açar. Ek olarak, daha yüksek sıcaklık, eriyiğin azalan viskozitesi bu yükselmeyi destekler ve gaz kabarcıkları kaybolur. Daha sonra erimiş malzeme karıştırma odasına akar. Mekanik bir karıştırıcı, eriyiği dönme hareketiyle homojenleştirir. Karıştırma odası ve besleyicide düşürülen sıcaklık, döküm sırasında uygun bir sıcak şekillendirme sağlamak için eriyiğin viskozitesini arttırır. Tipik olarak, cam üreticisi sonsuz bir şerit üretir.
Cam oldukça düşük bir ısı iletkenliğine sahip olduğundan, hızlı bir soğutma işlemi yüksek bir stres değeri ile sonuçlanır. Dış kısım zaten donmuştur, ancak bir şeridin iç kısmı hala sıvıdır. Bu nedenle, iç kısmın donması sırasında hacim değişikliği, zaten katı olan dış kısım tarafından telafi edilemez. Bu stres belirli bir eşiği aşarsa, bazı çatlaklar veya kırılmalar meydana gelir. Bir şeridin artan kalınlığı ile bu hasar riski artar. Bu nedenle, optik cam için kontrollü bir soğutma işlemi gereklidir. Dökümden sonra birkaç metre uzunluğunda bir tavlama ızgarası hasar riskini en aza indirir. Tavlamanın sıcak ucunda, besleyici ile benzer bir sıcaklığa ve diğer ucunda birkaç yüz dereceye sahiptir.
Levhadaki kaba tavlamadan sonra, cam üreticisi cam şeridi son uygulamaya bağlı olarak yönetilebilir uzunlukta keser. Aslında, tavlama hızı camın optik konumu üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Kırılma indisinin ve Abbe sayısının hedef değerlerine ulaşmak için kimyasal bileşimin sıkı bir şekilde kontrol edilmesi zorunludur. Gereken doğruluğun büyüklük sırası, uygulamaya bağlı olarak kırılma indisindedir. Kimyasal bileşimi sabit tutarak, cam üreticisi kırılma indisini 10-3 ila 10-4 arasında bir doğrulukla kontrol edebilir. Tavlama hızı, iç cam yapıyı ve dolayısıyla optik özellikleri etkiler. Kırılma indisinin ince ayarı, sözde ince tavlamada gerçekleşir. Bu nedenle fırınlar her bir cam parçasını yeniden ısıtır. Cam türü spesifik dönüşüm sıcaklığı etrafındaki hedef sıcaklıkta, camın içindeki gerilim gevşer. Camı sabit bir hızda soğutarak, cam üreticisi kırılma indisini gereken 10-4 ve 10-6 hassasiyetinde kontrol edebilir.
Bununla birlikte, optik konum kabul edilen maksimum tolerans aralığı içinde değildir. Bu cam parçası, tolerans aralığı içindeki tavlama hattı boyunca daha yüksek bir tavlama oranıyla tekrar tavlanabilir. Böylece, kırılma indisi ve Abbe sayısı, tavlama işlemi ile ince ayar yapılır. Basılı tavlama çizgisi belirli bir cam türü için sabittir ancak bir cam türünden diğerine önemli ölçüde farklılık gösterir ve ayrıca tavlama hızının sınırları vardır. Cam tipine özgü bir tavlama hızının altında, cam parçası kristalleşme eğilimindedir ve bu da önemli ölçüde pus oluşmasına neden olur. Cam tipine ve en küçük boyuta bağlı olan belirli bir eşiğin üzerinde, gerilim çift kınlımı önemli hale gelir. Genel olarak cam, izotropik bir ortamdır, bu nedenle cam sistemi içinde tercih edilen bir yön yoktur. Yine de cam yüksek bir soğutma hızıyla tavlanırsa, bir cam boşluğun iç ve dış parçaları farklı bir sıcaklık gradyanı yaşar ve bu, mekanik strese yol açar. Bu mekanik gerilim tercih edilen bir yöne ve dolayısıyla iletilen ışığın polarizasyon yönüne bağlı olan bir kırılma indisine yol açar. Bu etkiye stres kaynaklı çift kırılma veya kısa gerilim çift kırılma denir.
Mekanik stresin yanı sıra, mekansal olarak farklı sıcaklık oranları da bölgesel kırılma indisini etkiler. Homojenlik, gerilim çift kırılmasının ve bölgesel kırılma indisi değişiminin sonucunu özetleyen özelliktir. Bir interferometre, homojenliğin derecesini ölçer. Bu nedenle, bir düzlem dalgası düzlem paralel cilalı cam boşluğun içinden geçer ve daha sonra bozulmamış bir düzlem dalgasıyla örtüşür. Dalga ön distorsiyonunun maksimum farkının boş kalınlığa bölünmesi homojenlik derecesini tanımlar. Özellikle daha büyük boyutlar için, bu, kabarcıklar, dahil olma veya çatlaklardan kaçınmak için kimyanın sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir. Ayrıca sıcak şekillendirme işleminin çok gelişmiş bir teknolojisini gerektirir. Gerilim çift kırılımını ve bölgesel kırılma indisi değişimini minimuma indirmek için ince tavlama prosedürü hakkında deneyimli bilgi gereklidir.
Tipik olarak, bir V-blok refraktometre, doğru bir üretimi izlemek için optik camın optik konumunu ölçer. Cam üreticisi üretilen ve tavlanmış camdan yaklaşık 20 × 20 × 5 mm 3 boyutlarında kübik bir numune hazırlar. Bu numune, kesin olarak bilinen bir kırılma indisine sahip V şeklinde bir cam bloğa sığar. V-blok ile numune arasına daldırılmış bir yağ, yüzey kalitesi gereksinimlerini düzlükte 1 mm ölçeğine düşürür. Cam üreticisi kurulum boyunca yayılan bir ışık ışınının optik ekseninden sapma açısını ölçer. Bu yöntemin doğruluğu minimum açı sapma yönteminden daha düşük olsa da , V-blok refraktometresi çok daha hızlı ve daha ucuz bir yaklaşımdır. Bu nedenle, V-blok refraktometre, bir optik cam üretiminin kalitesini ekonomik olarak izlemek için ideal bir araçtır. Bu adı geçen tüm üretimlerin en küçüğü olan optik cam üretimi hacim bazında olsa da hemen hemen tüm sektörler üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Çok çeşitli pazar eğilimleri nedeniyle, bu anahtar sağlayan ürünün değeri hala artmaktadır. Öte yandan, küresel olarak yalnızca birkaç şirket, çok fazla bilgi ve deneyim gerektiren oldukça karmaşık ve oldukça sofistike optik cam üretiminde ustalaşmaktadır.
Optik cam, epey geçmişe sahip bir temel malzeme olmasına rağmen, tüm fotonik endüstrisi için önemli bir kolaylaştırıcı olmaya devam eder. Fotonik pazarı küresel olarak neredeyse tüm pazar segmentlerinde yükselirken, optik cama olan talep de artmaktadır. Yüksek sofistike optik sistemler, optik konumun sıkı toleransı ve yüksek iletim ile çok çeşitli cam türleri gerektirir. Bu tür zorlu gereksinimler, ayrıntılı bir eritme, tavlama ve ölçüm teknolojisi gerektirir. On dokuzuncu yüzyılın sonlarından beri, optik cam üreticisi optik camları geliştirmektedir. Karşılaştırması ndnd – d çeşitli optik cam üreticilerinin diyagramları oldukça benzer portföyleri göstermektedir. Optik cam gelişimi, örneğin kırılma indisi ve dispersiyon ilişkisi (Kramers-Kronig ilişkisi) ile sınırlıdır.
Artırılmış veya sanal gerçeklik, endüstri 4,0, otonom sürüş, robotik ve ekran geliştirme, lazer malzeme işleme ve 3D baskı gibi çeşitli yeni pazar eğilimleri ve segmentleri, biraz uyarlanmış gereksinimlerle hızlı bir şekilde gelişmektedir. Bu nedenle, genel optik cam ortamının genel görünümü, optik cam üreticisinin, mevcut portföyünün optik konumlar, düşük yoğunluk, yüksek geçirgenlik, yüksek kimyasal direnç ve aşırı termal davranışla ilgili segmente özgü varyantlarla portföyünü marjinal olarak daha da çok geliştireceği yönündedir.
Kaynakça:
zeiss.com/vision-care/int/better-vision/understanding-vision/the-history-of-glasses.html
osapublishing.org/viewmedia.cfm?uri=ao-49-16-D157&seq=0
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu