Исследование параметров процесса ионного обмена при формировании микролинзовых элементов в стеклах

• Автор: Шевченко, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 139 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Физико-математическое моделирование и способы формирования микролинзовых элементов в стеклах
1.1 Основные физико-технологические методы и приемы изготовления волноводных элементов в стеклах
1.2 Влияние распределения показателя преломления на оптические характеристики микролинз
1.3 Основные методы расчета распределения показателя преломления в волноводных элементах по экспериментальным данным
1.4 Физико-математическое моделирование процесса ионного обмена при
формировании фокусирующих элементов в стеклах
Выводы
Глава 2. Теоретическое и экспериментальное исследование физико-технологических параметров процесса ионного обмена, влияющих на распределение показателя преломления при создании
микролинз
2.1 Модифицированный метод расчета распределения показателя преломления
2.2 Исследование влияния концентрации щелочных ионов на процесс ионного обмена в стекле
2.3 Изучение влияния параметров подложки на скорость формирования микролинзовых элементов в стеклах
2.4 Исследование влияния температуры на изменение геометрических
размеров микролинз
Выводы
Глава 3. Исследование оптических характеристик микролинз, сформированных методом ионного обмена в
стеклах
3.1 Численный расчет фокусного расстояния и дифракционной
картины градиентных микролинз
3.2 Сопоставление рассчетных оптических параметров с экспериментальными данными
3.3 Расчет оптических характеристик периодических микролинзовых
структур
Выводы
Заключение
Литература
Введение
Преимущества использования оптического диапазона частот в системах передачи и обработки информации, стремление к миниатюризации стимулируют развитие интегральной оптики, в задачу которой входит создание оптических узлов и устройств в интегральном исполнении [1]. В настоящее время продолжают разрабатываться и совершенствоваться интегрально-оптические устройства разнообразного функционального назначения для применения в научных и технических областях [2, 3,4].
На кафедре оптоэлектроники Кубанского государственного университета с 1974 ведутся исследования по созданию интегрально-
оптических элементов и устройств на основе стекол, кристаллов и полимерных материалов. Изучаются теоретические и экспериментальные аспекты процессов, лежащих в основе различных технологических методов, применяемых для формирования элементной базы интегральной
оптики [5-8].
Важным компонентом интегрально-оптических схем являются микролинзы (Рис. 1). Они находят применение для коллимации и фокусировки оптического излучения (волоконная оптика, сенсорные устройства, оптическое сопряжение, оптические компьютеры), для передачи света (дисплеи, проекционные системы) и формирования изображения
(фотокопиры, трехмерные фотографии, микролинзовая литография, астрономические приборы) [9, 10].
Среди известных методов формирования микролинз устоявшейся является ионообменная технология. Простота оборудования и дешевизна процесса изготовления микрооптических элементов выгодно отличают данную технологию от других. Трехмерное распределение показателя преломления в фокусирующих элементах, изготовленных с помощью
процесса ионного обмена, является дополнительной степенью свободы при

попытке описать структуру силикатного стекла, но их концепции были применены для боратных и фосфатых стекол. Кристаллитная теория предполагает, что основным строительным блоком стекла являются маленькие области кристаллической структуры (то есть кварц), которые случайным образом ориентированны в пространстве. Захариесен предложил, что фундаментальная геометрическая единица, например тетраэдры 5704, связаны случайной сеткой, в отличие от кварца, в котором она регулярна. Хотя кристаллитная модель получила большее признание, теория не упорядочной сетки все еще иногда используется. Увеличивается количество публикаций, одобряющих модель случайной сети. К таким работам относится модификацированная модель случайной сети (МЕШ), выдвинутой в [97], Консенсус найден в том, что структура силикатного стекла лучше описывается кристаллитами, модифицированными щелочными ионами, и в меньшей степени щелочноземельными и редкоземельными. Хотя идут все еще дебаты относительно того, как модификаторы влияют на структуру: являются они сгруппированный, как продиктовано модифицированной моделью неупорядочной сетки [97], или размещены однородно.
В работе [98] методом молекулярной динамики промоделирована структура стекла. Рассмотрено влияние структуры на диффузию щелочных ионов. Результаты расчета хорошо согласуются с наблюдаемыми фактами. В работе делается вывод о существовании специальных каналов по которым мигрируют ионы. В [99] также произведено моделирование методом молекулярной динамики с эмпирически полученными потенциалами. Рассматривается ионный обмен ионов натрия и серебра. Моделируется изменение структуры стекла после ионного обмена. Анализируется диффузионный процесс.
В работах [82,100] рассматривается аналитическое выражение зависимости коэффициента взаимодиффузии от концентрации. Публикация [100] является логическим продолжением [82]. Рассматривается трехмерная квазихимическая модель химических потенциалов обменивающихся ионов. Коэффициент взаимодиффузии выражается через коэффициенты самодиффузии