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光学玻璃分类

光学玻璃作为光学仪器最主要的部件,其性能参数直接影响到镜子的成像质量,但是网上却没有一份较为完整的中文资料,连google上都是满版的广告,sigh……

光学玻璃最早按照氧化铅含量划分为冕牌玻璃和火石玻璃,低于3%的为冕牌玻璃,高于3%的为火石玻璃,后来随着玻璃种类的增多改用折射率(refractive index)和色散系数(dispersion)划分,冕牌玻璃折射率通常小于1.6,色散系数(也称阿贝数,数值越大,色散越小)大于50,火石玻璃则相反。

Flickr上Sillysocks所拍摄的牛眼玻璃

冕牌玻璃(crown glass 缩写中最后一个字母为K):这个名字很容易让人误解为一个品牌,其实只是一种制作工艺,因此也有人翻译成皇冠玻璃:是先把玻璃液吹成一个皇冠状或者空心球状,再放在在一个快速旋转的平板中心重新加热,利用离心力将其展开铺平,形成一块直径1.5米左右的玻璃圆板,较为平薄的边缘就切成合适的形状做窗玻璃,中间的圆形凸起就是透镜的雏形了,不过也有人并不介意图像的扭曲,并称之为Bullseye windows (牛眼玻璃窗)。这种生产方法在1320年左右就被法国鲁昂附近的玻璃工匠发展成熟,但是作为商业秘密没有公布,于是一水之隔的英国人整整进口了三百年的窗玻璃,直到1628年伦敦才出现同样的工艺。

火石玻璃(Flint glass 也译作燧石玻璃,缩写以F结尾):在十七世纪中叶,英格兰东南部白垩纪沉积层中的火石矿被广泛用于制造铅玻璃(火石含铅量通常为4%-60%),故名。但是铅玻璃在生产和处理过程中会对环境造成污染,现在一般用二氧化钛、氧化锆等替代。

由于德国蔡司公司的玻璃型号齐全,性能稳定,一般沿用其命名标准。K代表冕牌,F代表燧石,Z为重,B代表硼,Ba代表钡,L代表镧 ,P代表磷,N代表无铅, 比如双筒望远镜中广泛采用的BK7棱镜,其所用的材料是硼硅酸盐玻璃(borosilicate 德语为 borkron)中的第7号;而视场更亮的BaK4棱镜则采用第4号轻钡冕玻璃(light barium crown ,德语中是baritleichtkron)。其他种类还包括氟冕(FK)、轻冕(QK)、重磷冕 (ZPK)、重冕(ZK)、特冕(TK)、轻火石(QF)、重火石(ZF)、重钡火石 (ZBaF)、冕火石(KF)、特种火石(TF)等等。在以色散系数为横坐标,折射率为纵坐标的阿贝图中分布如下:

阿贝图

还有一个不得不提的材料是Fluorite——萤石,其实就是氟化钙晶体(这种物质在我们的牙齿中就有,对防治龋齿有重要作用),它的色散非常低(阿贝数为95.3),这使得它非常适合用作光学材料,萤石矿分布比较广泛,但可满足光学精度要求的很少,加上其可加工性与化学稳定性较差(微溶于水),因而非常昂贵。

除了光学玻璃,常见的还有一些复合镜片,将几片光学性能不同的镜片胶合在一起使用以克服单一种类的缺陷:比如尼康公司的超低色散镜片ED(Extra-low Dispersion)、佳能公司的UD(Ultra Dispersion)、腾龙公司的LD(Low Dispersion)、适马公司的SLD、美能达公司开发的AD等等,也许是方便炒作吧,我不知道更多的技术细节,就不展开了。

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米的历史

很久前翻译了一篇单位“米”的历史沿革放在当时的blog里,但是发现现在还是搜不到相关资料,便又校对了一遍重新贴出来,也算凑数了。

译自 http://www.sizes.com/units/meter.htm

米是国际单位制中长度的单位,是七个基本单位之一。1983年被定义为光在真空中1/299792458秒的时间内所通过的距离。(第17届国际计量大会第一号决议)

由于我们已经事先定义光速精确值为299,792,458米每秒,米的这个定义使得它的长度只依赖于一秒的持续时间。现在,光在真空中两点间传播的时间长短不再影响光的速度,而是决定着两点间的距离!

1、米的历史:

在17世纪80年代,法国的度量衡一团糟,有几十个单位,其中每一个又有几十个甚至数百个地方性标准。没有其它哪个国家由于经济工业化和计量系统发展的不平衡而出现如此多的问题。早在法国大革命之前,就有政治家呼吁改革度量衡。而且,按照当时流行的卢梭精神,单位应该是在某种程度上“自然”的。

2、秒摆:

Jean Picard, Olaus Rømer 和其它天文学家曾要求将长度单位定义为摆动周期为一秒的摆锤的长度(摆锤的一个周期是它摆起又落回到原位的时间)当时人们已经知道同一个摆锤在不同的地方会有不同的摆动周期,所以这样的一个定义需要为标准摆锤指定一个特定地点。

在1790年当时Autun的主教Talleyrand,向国民委员会递交了一份关于法国度量衡现状的报告,他在该报告中建议以巴黎所在纬度——北纬45度处的秒摆的长度作为新的长度单位他还建议巴黎的法国科学院联合伦敦的英国皇家科学院一起定义一个新的单位。国民委员会、还有随后的路易十六都支持这个提案,但是后来却不了了之。

十七世纪九十年代末法国科学院把这个问题交给有史以来最杰出的一个科学委员会来处理。该委员会由拉格朗日、拉普拉斯、Borda、蒙日、Condorcet.等人组成。在科学委员会1791年3月19日提交给科学院的报告中,他们建议放弃秒摆而重新定义一个新单位:以赤道与极点的海平面距离的千万分之一为一米。

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雪花照片

雪花

网上一直流传着一组雪花的显微照片,但是由于中文网站大都没有注明转载的出处,我一直无法找到它们的来源。在牧夫论坛里甚至还争论过是否出于《水知道答案》的作者之手。在桑林志那里也有一则提到,但是给出的链接都是些灰白的电镜照片,我无法想象那些松糕一样的东西就是美丽的冰晶。

直到最近在一则美国邮政总局将以此为主题发行邮票的报道中,拍摄者的名字才第一次出现——肯尼斯·里布雷希,加州理工学院的物理学教授。我也终于知道了作者的英文名字Kenneth Libbrecht,google到了原始网站,但是无法直接打开! 当我终于打开时,所有的疑问都解开了……

雪花照片分三组,50多张,桌面级。 对于各种结构的分类总结配上他拍的精美图片,一目了然;理论成因也有详尽的解释。生长过程甚至作了gif动画,而拍摄方法,所需设备都有具体的说明,所参考的各种文献都在页面底端列出。

雪花生长

大致的生长方法是,在一个绝热透明腔中,保持底部温度为零下40摄氏度,顶部为40摄氏度,这样在顶部蒸发的水汽将在底部进入过饱和态,这非常有利于冰晶生长。 这时从空腔底部放入金属丝,就会被冰晶包裹,再给金属丝加上高压(可达2000伏),就可以长出纤细的冰针了,为了得到理想的冰针还会加入其他一些化学气体(如硅树脂),随后,每个冰针顶部都长出雪花,随着生长时间的不同,雪花的形状也时刻在变化。通常直径在1毫米左右(更大的将会无法同时准确对焦)。用摄像机将图像导入显微镜的物镜中,再用目镜端CCD将其数字化传至电脑。拍摄时会选取雪花的正上方,这样就刚好看不见冰针,使画面显得非常干净。不过原始图片基本是黑白的,要在Photoshop中加上颜色,便得到了我们开始所看到的美丽照片。

肯尼斯是加州理工的教授,物理系主任。目前主要的研究方向是利用激光干涉观测引力波,也就是LIGO计划,冰晶生长和图案形成,物理教育中的可调激光器;以前曾涉足日震学(Helioseismology?嘿嘿,发现一个错别字)和太阳大尺度结构以及单个原子的激光冷却和捕捉等领域。跨度也是相当大了。他拍摄的雪花照片集目前已出了两本:2003年11月的《雪花:冬日的精灵》,以及2004年10月的《雪花的小册子》。

图片都已传到牧夫论坛图片版

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