Släck ljuset!
Ny teknik kan få dramatiska följder. Här handlar det om hur de allierade kunde ha förlorat slaget om atlanten under världskriget, och om hur tusentals sjömän sändes till sin våta grav. Det handlar även i förlängningen om att Storbritannien höll på att gå på knäna i brist på insatsvaror, och att Hitler hade vittring på att i slutändan vinna kriget. Häftiga grejer alltså - dessutom är en vacker amerikansk dam inblandade, och en tysk professor vars namn nästan låter som Drakula.
Vad är det jag snackar om? J0, det handlar om antireflexbehandlingen (Zeiss pat. 1935) - en mycket viktig nyckelteknik än i dag. Nästan inga av våra moderna objektiv skulle kunna fungera utan den. Men som sagt, i början när den kom var det full dramatik!
Åren 1935-1940 var antireflexbehandlingen hemligt militärpatent, vilket var mycket välmotiverat. På den civila sidan innebar den nya tekniken stora löften inför framtiden - på den militära fick den omedelbara och högst dramatiska tillämpningar.
Alla militära optiska instrument kan prestandahöjas väsentligt via antireflexbehandlingen. Om man till exempel betraktar ett ubåtsperiskop, så innehåller det många linser och prismor. Utan AR blir slöjnivån hög. I vanligt medljus blir bilden grå - och att använda periskopet i motljus var inte att tänka på. Så fort solen tangerar bildvinkeln så ser man just ingenting. Reflexer och slöjor gör att man inte riktigt kan förstå bilden. Innebörden är att ubåten inte kunde anfalla i direkt motljus en solig dag.
Under första världskriget stadfästes detta i “regelboken”. I konvojtrafiken kunde man därför disponera eskorfartygen efter antagandet att fientliga ubåtar inte kunde anfalla mot solen.
Nu ändrades förhållandena helt. Tyska ubåtar kunde, när andra världskriget gick in, anfalla rakt mot solen om så krävdes - och det utan att motståndaren kände till saken. Det blev naturligtvis rena slakten i den allierade konvojtrafiken över atlanten. De exempellösa framgångarna för det tyska ubåtsvapnet i början av kriget berodde alltså mindre på att de allierade inte hade hunnit utveckla effektiva motmedel, utan mer på en ny och högeffektiv tysk optisk teknik.
Precis som det satt Zeiss T-periskop i U-båtarna, fanns de nya Zeiss T-kikarna på bryggan i hela flottan. På annat håll satt det Zeiss T-sikten i Tiger och Panterstridsvagnarna - och så vidare.
Det är ju känt att antireflexbehandlingen bygger på interferensfenomen hos ljuset. Det låter väldigt komplicerat - men så är det inte. Det är faktiskt lätt som en plätt!
Om vågor som vandrar på vattnet träffar varandra i fas, så kommer dom att förstärka varandra. Det är ju ingen som har svårt att greppa den saken, det ter sig rätt självklart. Samma sak gäller naturligtvis då för motsatsen - om vågorna träffar varandra i ofas, så blir dom försvagade. En bärande del av ljuset natur är att det är just en vågrörelse.
I det högra diagrammet här ovan så är den ingående ljusstrålen markerad med: "I". Sedan träffar strålen ett transparent skikt (den mörkare spalten) Skiktet har lagts på underliggande glas (den ljusare spalten). Här mot skiktets yta reflekteras först en del av ljuset (R1), resten passerar in genom skiktet. När så strålen träffar det underliggande glasets yta, reflekteras ytterligare en del av ljuset i samma riktning som den tidigare reflekterade strålen (R2). Resten/merparten av ljuset passerar in i glaset (T).
Vad är det som har hänt? Jo - det reflekterande ljuset har genom skiktet delats upp i två parallellt löpande strålar. Genom skiktets exakt beräknade tjocklek, går nu de två strålarna helt i ofas med sig själva, eller varandra om man så vill (punkterna A och B). Vad kommer då att hända? Jo, den sammantagna ljusreflexen utsläcks via interferens. Vid ett enda skikt och en specifik våglängd på ljuset, blir utsläckningen total. För att hantera verklighetens ljus som består av många våglängder, använder man flera skikt på varandra.
Så enkelt, men så genialt - som så många stora uppfinningar!
Det här var känt redan på det tidiga på 1920-tal, och det blev sedan bevisat i slutet av årtiondet genom en snygg och mycket smart amerikansk dam som hette Dr Katharine Blodgett. Hon höll "seanser" i sitt halvdunkla lab inför vetenskaplig publik. Där trollade hon bort glasskivor. I ena sekunden syntes glasskivan tydligt - i nästa sekund; "puff" - var den helt försvunnen (total interferens alltså). Folk som satt rätt nära i det trånga laboratoriet, höll på att trilla av stolen i pur förskräckelse! Dr Blodgett var riktigt bra på det där med marknadsföring.
Det här var handfasta bevis i laboratoriemiljö - men sedan återstod det ett tungt innovationsarbete för att kunna nå fram till en industriellt fungerande metod. Det visade sig vara mycket svårt. Man hade internationellt en lång rad misslyckanden och fullständigt värdelösa patent i papperskorgen redan. Det är här som Zeiss och professor Alexander Smakula kommer in. Patentet ligger på den 1 november 1935 - och det utgör grunden för reflexdämpning i optiska system än i dag.
Tidigt Zeiss T-objektiv från krigstiden. De ingående linserna har AR-skikt på mellan två och fyra lager. Transmissionsvärdena för dessa objektiv matchar utan vidare den Multi Coating som kom under 1970-talet (Zeiss-patentet från 1935 täcker även Multi Coating).
/Affe
Just precis så var det. Man försökte runda problematiken med mycket krångliga omvägar. I själva verket var man på 1930-talet vid vägs ände. Den optiska utvecklingen höll på att avstanna.
Antireflexbehandlingen löste allt. Alla förhoppningar och vilande beräkningar kunde plockas fram ur lådorna.
Jag tycker själv att det är kul. En spännande och delvis okänd historia - det där med ubåtarna.
Bob här nedanför gick ju igång på ämnet - han har varit verksam inom området och vet en hel del. Se mitt svar till honom.
Tack för en bra lektion.
Professor Olexander Smakula måste varit en bra experimentalist, inte helt ovanligt bland kristallografier.
Det var fint att du nämnde Dr Katharine Burr Blodgett den första kvinnan som tog en Ph D i fysik vid Cavendish laboratoriet i Cambridge. Det var 1926 och hennes handledare var Sir Ernest Rutherford. Han var 1908 Nobelpristagare i kemi och han signerade hennes betyg från kommittén som godkände henne.
Läsa om henne här:
https://www.phy.cam.ac.uk/blog/invisible-glass-legacy-katharine-burr-blodgett
Hon arbetade sedan på General Elecric med en annan Nobelpristagare Langmuir och patenterade det osynliga glaset.
Undertecknad föreläste på Cavendish laboratoriet i slutet på 80-talet och fick redan då berättat för sig om denna anmärkningsvärda Dr Blodgett som pionjär därstädes.
Ha det väl
Bob
Som jag har fått mig berättat om Dr Blodgett, så hittade hon en jättestor transparent molekyl som hade den egenheten att de enskilda molekylerna hakade i varandra, ungefär som ett fisknät när man hällde ut dem på en vattenyta. Molekyltjockleken var känd, så hon hade bara att doppa en glasskiva ner och upp i vattnet för att lägga på lager efter lager. Hon kunde på det sättet åstadkomma mycket precisa interferensskikt.
När så Blodgett hade räknat färdigt, höll hon upp glasskivan så att alla kunde se den tydligt. En dold medarbetare slog över ljuset till ljus av den våglängd som hon hade lagt skiktet för - och där stod hon med två tomma händer. Av glasskivan syntes inte ett spår. Helt försvunnen!
Tyvärr var skikten inte hållbara, dom förstördes när dom torkade, men bevisvärdet var absolut.
Dr Katharine Blodgett må har varit först med det ena och det andra som kvinna – men hon behövde inte någon inkvotering. Hon hade tagit tanken på något sådant som en förolämpning. Smart dam.
Jag läste någonstans att när AR kom så kunde man plocka isär äldre optik som var flerlinsig för behandling. Konstruktionerna var egentligen bra uträknade men fungerade dåligt pga av reflexer och ströljus. Glasen AR-behandlades och när man skruvade ihop härligheten igen blev objektiven användbara som genom ett trollslag. Bl.a vann man mycket ljusstyrka eftersom transmissionen blev mycket bättre.
Nu är det tydligen inne med ströljus och softade bilder. Äldre objektiv kopieras och nytillverkas med syftet att få fram defekter och konstiga egenskaper. Man kan nog få fram liknande effekter om man köper gamla objektiv på Tradera eller Ebay för några hundralappar.
Det är klart att man kunde AR-behandla gamla objektiv. Ännu så sent som på 1970-talet kunde man få det rätt billigt gjort i Polen.
Annars var det bistert före AR. Reflexerna ökade exponentiellt med antalet fristående element. För antalet 2, 3, 4, 5, 6 ökade antalet reflexer med: 6, 15, 28, 45, 66.
Tre fristående linselement ansågs ännu ge en acceptabel bild, då med 15 reflexer. Om man ökade på med bara ett ytterligare fristående element så hade man genast nästan det dubbla, det vill säga 28 reflexer. Då klarade man inte längre det kraftiga ljuset ute på badstranden.
Den gamla regeln: "Solen i ryggen", kom till under dessa omständigheter.
Det häftigaste i det här sammanhanget är Zeiss Sonnar 1,5/5 cm. Objektivet har sju linser - som dock är hopkittade så att bara tre fristående element återstår. Saken krävde en extrem beräkningsinsats - utan datorer vill säga.
Här var man vid vägs ände - men AR räddade situationen.
Tommy S.
Så sant, så sant. Kriget sätter alltid press, och nöden är kunskapens moder.
Även Hasselbladskameran byggdes för militär spaning och blev civil efter kriget.
Och så engelska ekolod som blev civila efter kriget genom skivbolaget DECCA.
Mvh Wolfgang
Det är kul när man kan komma med något nytt. Jag drog den här storyn för min optiker när jag beställde nya glasögon - han blev förstummad. Skulle sedan ha alla detaljer, för att hålla föredrag i Optikernas förening.
Antar att det är samma antireflex som i våra behandlade glasögon.
Man lär sig mycket i bloggarna.
Det är liknande typ av AR på våra glasögon, men i den sektorn kom det mycket senare. Man måste få fram AR-skikt med mycket större motståndskraft mot ovarsam putsning. Man kan jämföra med att dom första AR-objektiven (på bilderna ovan) bara hade en viss hårdbehandling på dom yttre linsytorna. Dom inre linsytorna kunde inte beröras alls.