Физико-химические основы расплавного получения высокочистых халькогенидных стекол и волоконных световодов

• Автор: Снопатин, Геннадий Евгеньевич
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 241 с. : 38 ил.

Оглавление
Введение
” Глава 1. Халькогенидные стекла и волоконные световоды на их основе.
(литературный обзор)
1.1. Структура стекол
1.1.1. Стекла на основе халькогенидов мышьяка
1.1.2. Германий- и сурьмасодержащие стекла
1.2. Физико-химические, термомеханические и оптические
свойства стекол
1.2.1. Стекла на основе халькогенидов мышьяка
1.2.2. Влияние примесей на свойства стекол
1.3. Методы получения высокочистых стекол
1.4. Световоды из халькогенидных стекол
1.4.1. Методы изготовления волоконных световодов из
халькогенидов мышьяка
1.4.2. Характеристика световодов из халькогенидных стекол
1.4.3. Световоды из германий- и сурьмасодержащих стекол
Глава 2. Получение высокочистых стекол системы Аб-З для
волоконной оптики
2.1. Влияние примеси диоксида серы на прозрачность стекол системы
Аэ-З
2.2. Получение высокочистых исходных веществ для синтеза стекол
2.2.1. Элементарная сера
2.2.2. Элементарный мышьяк
2.2.3. Летучие сульфиды мышьяка
2.2.4. Новый мышьяксодержащий материал для синтеза стекол
2.2.5. Глубокая очистка мышьяксодержащего компонента
шихты от кислорода

2.3. Получение стекол системы Аэ-З с высокой степенью химической и фазовой чистоты
2.3.1. Синтез стеклообразующего расплава
2.3.2. Охлаждение расплава до стеклообразного состояния
2.3.3. Отжиг компактных образцов сульфидно-мышьяковых стекол
2.4. Содержание примесей в сульфидно-мышьяковых стеклах
2.5. Влияние сверхстехиометрической серы на прозрачность стекол
на основе АБгЗз
Глава 3. Получение стекол систем Ав-З, Ая-Зе и Аэ-З-Зе с
заданным соотношением макрокомпонентов
3.1. Приготовление образцов сравнениия для контроля макросостава
3.2. Определение макросостава халькогенидных стекол
3.2.1. Химический метод
3.2.2. Рентгено-флуоресцентный метод
3.2.3. ИК-спектрометрический метод
3.3. Фракционирование макрокомпонентов при вакуумной
дистилляции стекол системы Аэ-З
3.4.Фракционирование макрокомпонентов при вакуумной дистилляции
стекол системы Ав-Зе
3.5. Получение пар стекол с заданной разницей
показателя преломления
3.5.1. Стекла системы Аб-З
3.5.2. Стекла системы Аэ-Зе
Глава 4. Получение особо чистых стекол систем АБ-Зе, Ав-З-Зе,
Ое-Зе-Те, ве-ЗЬ-З, Аб-ЗП
4.1 Получение высокочистого селена
4.2. Стекла системы Аэ-Зе
4.3. Стекол системы Аэ-З-Зе
4.4. Стекла системы ве-ЗЬ-З, Ое-Зе

4.5. Стекла системы Ое-Зе-Те
4.6. Особо чистые стекла системы Ав-З-!
Глава 5. Развитие метода двойного тигля для изготовления
халькогенидных световодов вытяжкой из расплава
5.1. Регламентируемые параметры волоконных световодов
5.2. Свойства стекол, существенные для организации процесса
вытяжки
5.2.1. Термические свойства стекол
5.3. Конструкции двойного тигля и методики вытяжки световодо
5.4. Особенности халькогенидных расплавов, влияющие на
параметры световодов, изготовленных тигельным методом
5.4.1. Кристаллизация
5.4.2. Микроликвация
5.4.3. Повышенная летучесть одного из макрокомпонентов
5.5. Изготовление световодов из стекол, устойчивых к
кристаллизации
5.5.1. Методика эксперимента
5.5.2. Многомодовые световоды
5.5.3. Одномодовые световоды
5.5.4. Параметры световодов
5.5.4.1. Оптические характеристики
5.5.4.2. Механическая прочность световодов
5.6. Изготовление световодов из стекол, склонных к кристаллизации
5.6.1. Получение световодов вытяжкой расплава из
«горячего» тигля
5.6.2. Конструкция тигля для вытяжки стекол с повышенной
склонностью к кристаллизации
5.6.2.1. Методика эксперимента
5.6.3. Многомодовые и одномодовые световоды из
халькогенидных стекол

Имеются три основных источника примесей в стеклах. Первый из них -исходные компоненты, используемые для синтеза стеклообразующего материала. Коммерческие образцы особо чистых As, Ge, Sb, S, Se, Те содержат 0,1-1 ppm wt металлических примесей и 1-100 ppm wt водорода, кислорода, углерода, кремния, таблица 1.7. Примеси из них непосредственно переходят в целевое стекло.
Таблица 1.10. Значения коэффициентов экстинкции е для примесей в халькогенидных стеклах [65-69]
Стекло Примесное соединение Максимум полосы поглощения, мкм Коэффициент экстинкции, dB/к m/ppm* Расчетное содержание примеси, приводящее к оптическим потерям, равным собственным, ppb
As2S3 SH 4.0 2500 ppm at
As2Se3 SeH 4.5 1000 ppm at
Ge28Sb|2Se60 Si-0 9,4 4123 [701
Ge3oSbi5Se55 10,6 3800 [70]
Ge-As-Se-Te Ge-0 7.9 2600 [71]
AS2S3 C02 4.33 1.5*104
As2S3 COS 4.95
As2S3 CS2 6.68 4.8* 10s
Стеклообразный Se As203 12.65 1.7*104
Se-O 10.68 9.0* 10J
Второй источник примесей - это материал контейнера для синтеза стеклообразующего расплава. Основной контейнерный материал для синтеза халькогенидных расплавов - кварцевое стекло.
С поступлением из стенок кварцевой ампулы связывают присутствие в стеклах примесей водорода и диоксида кремния [72,73]. Химическое взаимодействие халькогенидов и примесей с кварцевым стеклом при высокой температуре приводит к образованию на его поверхности тонких слоев продуктов реакции, способных отделяться от кварцевого стекла и поступать в расплав в форме гетерофазных включений [74,75].
Третий источник примесей - окружающая атмосфера и остаточные газы вакуума на стадиях синтеза и обработки поверхности кварцевого стекла.