Око «большого брата»


В 1604 году иностранцы Ф. Липперстей и З. Янсен сконструировали первый телескоп, а в 1608 году в Европе появились первые «голландские трубы» – подзорные трубы или телескопы.

Первых значительных успехов в объединении огнестрельного оружия и телескопа добились американцы в начале 1800-х годов. Медные телескопы устанавливались на дульнозарядные «кентуккские» винтовки образца 1812 года. По слухам, на дымном порохе они показывали группу из 5 попаданий на 165 метрах с разбросом в 28 мм, что по нынешним меркам соответствует примерно 0,6 МОА на 100 метрах.


Винтовка Моргана-Джеймса с оптическим прицелом и мишень, пораженная с расстояния 200 метров, справа – увеличенная мишень (на стенде над прикладом)
С тех пор оптические приборы сильно эволюционировали и претерпели массу изменений, в том числе в самих стёклах.

В целом оптические стёкла могут быть выполнены из любого подходящего химического состава, но прежде всего должны обладать высокой степенью однородности, чистотой, высокой прозрачностью к необходимым видимым и невидимым спектральным участкам света. Например, в приборах ночного видения требуется прозрачность к инфракрасному излучению, а на фильтрах используется апохроматное покрытие, позволяющее скорректировать цветопередачу.

Стекло из кварца

Кварцевое стекло в основном применяется в приборах, работающих с видимым спектром света. Получается за счёт высокотемпературного плавления кристаллов натурального кварца, высокочистого песка, а также не натурального предварительно синтезированного и таким образом обогащённого кремнийсодержащего сырья.

Благодаря методу изготовления, кварцевые стёкла имеют высокую термическую стойкость и могут использоваться до температуры в 950 градусов по Цельсию, а температура размягчения может достигать 1 400 градусов по Цельсию. При этом из-за низкого теплового расширения их можно быстро нагревать и охлаждать без риска разрушения из-за термоудара.

Кроме этого, кварцевые стёкла достаточно инертны к большинству веществ, в том числе воздействию практически всех химических кислот. Все эти свойства позволяют применять такие стёкла не только в агрессивных средах, но и в сложных устройствах вроде лучеделителей, холодных и горячих зеркалах, элементах, смешивающих излучение разных длин волн.

Для оптических устройств кварцевое стекло хорошо тем, что имеет наименьший среди стёкол на основе оксида кремния коэффициент преломления и отличное светопропускание, особенно для ультрафиолетовых лучей.

Стекло из кремния

С одной стороны, это обыкновенное стекло, к которому мы привыкли. С другой – благодаря развитию технологий получения и обработки стекла, применению абразивных инструментов и специальных шлифовальных паст, стало возможно производить твёрдые и сверхтвёрдые оптические стёкла, сочетающие сверхвысокую изотропию (одинаковость физических свойств во всех направлениях, инвариантность, симметрию по отношению к выбору направления), низкий показатель дисперсии и самый высокий уровень преломления.

Часто оптический кремний получается методом Чохральского, когда монокристалл вытягивается и выращивается вверх. Существует несколько видов этого метода, один из которых даёт существенно более чистые, но и более требовательные к последующему технологическому процессу кристаллы, что в свою очередь сильно повышает себестоимость продукции.

В целом оптические кремниевые стёкла стойки к рентгеновскому излучению, биологически совместимы при применении в медицине и используются в производстве приборов, работающих с инфракрасным спектром.

Германиевые стёкла

Диоксид германия применяют в изготовлении линз, объективов, сенсоров, в тепловизорах, системах морского и наземного базирования для панорамного наблюдения за движущимися объектами. Германиевые стёкла имеют большую плотность, высокие коэффициенты преломления и теплового расширения, но по сравнению с силикатными стёклами менее тверды.

Германий водоустойчив и допускает прямое охлаждение водой. Его поглощение резко вырастает при температурах, превышающих 100 градусов по Цельсию, достигая непрозрачности. Германиевые стёкла обычно не содержат пузырьков воздуха и более изотропны, чем силикатные.

В целом область применения оптического германия зависит от степени легирования и вида кристаллической структуры. Оптический монокристалл выращивается методом Чохральского и имеет достаточно высокую себестоимость.

Ситалловые стёкла

Ситалл – это стеклокристаллический материал, получаемый при направленной кристаллизации различных стёкол при термообработке. Грубо говоря, физико-химические и физико-механические свойства таких стёкол зависят от того, что добавили при варке, их делят на однофазные и многофазные в зависимости от количества фаз кристаллизации. Обычно используются светочувствительные добавки (соединения Аu, Ag, Сu), которые при варке и облучении ультрафиолетом придают те самые особые свойства.

Такие стёкла используются в оптике и светофильтрах. Высокопрочные ситаллы используются в обтекателях антенн. Прозрачные, термостойкие, износостойкие и химически стойкие стёкла используются в космической и лазерной технике, астрооптике, солнечных батареях.

Оптические натриево-силикатные стекла

Наиболее ходовые при изготовлении оптических устройств – стёкла, имеющие общее название кроны. Стекло с добавлением свинца называется флинтом и имеет больший показатель преломления, чем у крон. Оба типа стёкол используются для уменьшения хроматических аберраций (искажений изображения из-за преломления среды, через которую идёт свет) и работают в диапазоне волн видимого спектра. Увеличивающие линзы делаются из крона, уменьшающие – из флинта. Для конечного продукта подбирается конкретный сорт стекла и применяется Диаграмма Аббе для наиболее распространённых видов стекол.

В координатах зависимость показателя преломления (nD) от коэффициента дисперсии света (vD):


ЛК – лёгкий крон, ФК – фосфатный крон, ТФК – тяжелый фосфатный крон, К – крон, БК – баритовый крон, ТК – тяжелый крон, СТК – сверхтяжелый крон, КФ – кронфлинт, ЛФ – легкий флинт, Ф – флинт, БФ – баритовый флинт, ТБФ – тяжелый баритовый флинт, ТФ – тяжелый флинт, СТФ – сверхтяжелый флинт, ОК – особый крон, ОФ – особый флинт
Итоги
Я не стал добавлять категорию прозрачных керамических линз, потому что, кроме информации, что первый объектив с ними произвели CASIO, другой, как-либо связанной с военным применением – нет.

Вообще, несмотря на кажущуюся сначала простоту темы, пришлось столкнуться с рядом сложностей в поиске данных. Понятно, что оптические стёкла активно применяются в военной продукции, но какие именно – определить на глаз крайне сложно, особенно если есть напыление. Большая часть оптических и лазерных систем, а также комплексов, производится холдингом «Швабе», находящимся под управлением Ростеха.

В 2011 году холдинг выигрывает тендер на поставку в ВМФ бинокля со стабилизацией изображения, который в 2016 встаёт на вооружение – БКС 20х50. Кроме того, существует БДН-9С «День-Ночь», который сочетает в себе не только бинокль с увеличением 14,5 крат, но ПНВ с ЭОП 2+ и увеличением 5 крат.

Кроме ручных оптических устройств, совсем недавно мы могли насладиться демонстрацией достижений ракетостроения, результаты которых не могли бы быть достигнуты без продвинутой оптики.


И всё же очень меня беспокоит тот факт, что бинокли с розничной ценой в 200 000 рублей и ракеты за миллионы рублей – товар достаточно штучный, и глобально на поле боя они повлиять не способны. В это же время дешёвую и требующую массовой доступности трубу разведчика для пехоты приходится заказывать с китайских сайтов или искать оставшуюся в наследство от более развитой цивилизации. Источник