Диаграмма Аббе

Для наглядного представления взаимосвязи между основными характеристиками различных оптических материалов Эрнстом Аббе была предложена диаграмма «главный показатель преломления – коэффициент дисперсии», носящая с тех пор его имя. Диаграмма Аббе чрезвычайно удобна для совместного представления всех стекол каталога оптического стекла и других бесцветных материалов и для выбора пар оптических стекол, используемых для ахроматизации оптической системы (см. ниже параграф 7.3). Пример диаграммы Аббе n_d - n_d для стекол современного каталога фирмы Шотт представлен на рис. 28.

Следует обратить внимание, что значения коэффициента дисперсии на

диаграмме Аббе возрастают, по традиции, заложенной еще ее автором, справа налево, а не наоборот. При таком выборе координат все бесцветные оптические стекла, известные во временаШотта и Аббе (когда их химические составы базировались лишь на силикатной основе), располагались на этой диаграмме в виде широкой области, вытянутой от нижнего левого угла диаграммы к ее правому верхнему углу. Таким образом, одного взгляда на диаграмму Аббе было достаточно, чтобы увидеть преобладающую тенденцию взаимосвязанного изменения значений двух основных оптических характеристик с химическим составом оптических стекол: с возрастанием главного показателя преломления стекла его коэффициент дисперсии в большинстве случаев уменьшается.

На самом начальном этапе развития оптического стекловарения были выделены всего лишь два основных типа оптических стекол: кроны (стекла с высокими значениями коэффициента дисперсии и сравнительно низкими – показателя преломления) и флинты (стекла с низкими значениями коэффициента дисперсии и высокими – показателя преломления). В дальнейшем общее число оптических стекол быстро возрастало, а область, занимаемая ими на диаграмме Аббе, непрерывно увеличивалась.[18] По мере расширения номенклатуры оптических стекол потребовалось вводить новые их типы и соответственно делить диаграмму Аббе на большее число специфических участков. Прежние кроны распались на легкие кроны, кроны, тяжелые кроны и сверхтяжелые кроны. Прежние флинты распались на легкие флинты, флинты, тяжелые флинты и сверхтяжелые флинты. Между легкими кронами и легкими флинтами появилась группа кронфлинтов.

Однако вскоре и этого разнообразия типов оказалось недостаточно. В целях достижения либо предельно высоких значений коэффициента дисперсии, либо высоких значений одновременно и показателя преломления, и коэффициента дисперсии разработка стекол новых составов велась в основном путем использования несиликатных матриц (боратной, фосфатной, фторидной и некоторых других) и ряда новых компонентов (таких, как окислы лантана, тантала, титана). Новые типы стекол стали обозначаться с привлечением названий химических элементов, окислы которых придают им свою специфику. Последняя тенденция ярко проявляется для стекол каталога фирмы Шотт: на соответствующей диаграмме Аббе (см. рис. 28) можно видеть области

Рис. 28. Диаграмма Аббе для стекол современного каталога фирмы Шотт.

стекол типов FK (фторидных кронов), PK и PSK (фосфатных кронов), BaK, BaLF и BaSF (кронов, легких и тяжелых флинтов, содержащих окись бария), LaK, LaF и LaSF (кронов, флинтов и тяжелых флинтов, содержащих окись лантана).[19]

Для стекол на несиликатных основах характерны несколько иные, чем в случае силикатных стекол, сочетания главного показателя преломления и коэффициента дисперсии. В результате область, занимаемая оптическими стеклами на современных диаграммах Аббе (см. рис. 28), существенно расширилась, и поэтому вышеупомянутая тенденция уменьшения коэффициента дисперсии с возрастанием главного показателя преломления стала проявляться не столь ярко. В настоящее время достигнутые пределы значений n_d и n_d промышленных оптических стекол составляют примерно 17 - 95 и 1.43 - 2.17 соответственно. Крайние значения n_d» 95 при n_d» 1.43 и n_d» 17 при n_d» 2.17 относятся к стеклу N-FK56 из каталога фирмы Шотт 1996 года и к российскому стеклу СТФ3 (в настоящее время снятому с производства) соответственно. Для изотропных оптических кристаллов нижний предел соответствует кристаллу фтористого лития (n_d» 99 при n_d» 1.39) а для анизотропных (одноосных) - кристаллу фтористого магния (для обыкновенного луча n_d» 106 при n_d» 1.38).

Диаграммы типа Аббе могут строиться и для материалов, прозрачных в других частотных диапазонах, с соответствующим изменением опорных длин волн для выбора главного показателя преломления и средней дисперсии. В частности, для халькогенидных оптических стекол используются диаграммы типа Аббе в координатах n 2.0- n 2.0, n 4.0- n 4.0и n 10.0- n 10.0(см. [8]), где подстрочные индексы указывают длину волны в мкм, а именно:

n 2.0= (n 2.0- 1)/(n 1.8- n 2.2);

n 4.0= (n 4.0- 1)/(n 3.0- n 5.0);

n 10.0= (n 10.0- 1)/(n 8.0- n 12.0).