Исследование функциональных свойств ИК-световодов на основе кристаллов твердых растворов галогенидов серебра и одновалентного таллия

• Автор: Чазов, Андрей Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

1. ИНФРАКРАСНАЯ ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА: МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНОЛОГИИ, ПЕРСПЕКТИВЫ

1.1. Оптические материалы для ИК-волоконной оптики

1.2. Кристаллы для ИК-волоконной оптики и получение ИК-световодов на их основе

1.3. Методы исследования оптических материалов

1.4. Моделирование оптических свойств ИК-световодов

1.5. Перспективные области применения ИК-световодов

1.5.1. ИК-световоды системы AgCl-AgBr для медицинских лазеров

1.5.2. Кристаллические волоконные сцинтилляторы

1.5.3. Космические исследования и технологии

1.5.4. Волоконные лазеры
2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПОЛУЧЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ АёС1-А§Вг, AgCl-AgBr-AgI(TlI), АёВг-Т11 И СВЕТОВОДОВ ДЛЯ СРЕДНЕГО ИК-ДИАПАЗОНА СПЕКТРА
2.1. Термодинамическое исследование диаграммы фазовых равновесий кристалл-расплав в гетерогенной системе AgBr-TlI
2.2. Выращивание монокристаллов на основе твердых растворов галогенидов серебра и таллия (I)
2.3. Изготовление ИК-световодов методом экструзии
2.3.1. Изготовление оснастки для прессования поликристаллических ИК-световодов
2.4. Заключения и выводы по главе
3. ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ИК-СВЕТОВОДЫ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 2,0-40,0 МКМ
3.1. Моделирование, теоретические расчёты и изготовление одномерных (Ш) структур ИК-световодов

3.2. Моделирование, теоретические расчёты и изготовление двумерных (20) структур ИК-световодов с запрещенными зонами
3.3. Заключения и выводы по главе
4. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРИСТАЛЛОВ И ИК - СВЕТОВОДОВ. АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ
4.1. Определение примесей и химического состава кристаллов
4.2. Определение показателя преломления кристаллов
4.3. Исследование оптических свойств кристаллов и ИК-световодов
4.3.1. Спектральное пропускание ИК-кристаллов
4.3.2. Спектральное пропускание и оптические потери ИК-световодов
4.4 Исследование пространственного распределения мод, вытекающих из... 88 ИК - световодов
4.5. Исследование фотостойкости ИК-световодов
4.6. Исследование механических свойств кристаллов и ИК-световодов
4.6.1. Определение предела прочности ИК-световодов на разрыв
4.6.2. Исследование зависимости влияния состава кристаллов на коэффициент Пуассона, модуль Юнга и модуль сдвига
4.7. Заключение и выводы по главе
5. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ КРИСТАЛЛОВ И ФОТОННЫХ ИК-СВЕТОВОДОВ НА ИХ ОСНОВЕ
5.1. Волоконные зонды для ИК-Фурье спектрометрии
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время, в силу изученности коротковолнового диапазона спектра, где широко применяются кварцевые световоды, прозрачные в спектральном диапазоне от 0,2 до 2,5 мкм [1], перспективным направлением является развитие среднего (3,0 - 50,0 мкм) и дальнего инфракрасного диапазона спектра (50 - 1000 мкм). Переход в длинноволновую область связан с поиском новых материалов для указанного спектрального диапазона, которые необходимы для изготовления волоконных лазеров и усилителей, сенсоров, волоконно-оптических систем, для дистанционной ИК-спектроскопии жидких, газообразных и твердых объектов, радиометрии, низкотемпературной ИК-пирометрии, для передачи мощного излучения СО- (5,3-6,2 мкм) и СОг-лазеров (9,2-10,6 мкм). Благодаря достижениям в области интерферометрии по обнаружению экзопланет стало возможным создание систем косвенного и прямого поиска планет, подобных Земле [2,3]. В силу того, что при температуре 300 К Земля и подобные ей (по составу атмосферы, альбедо и т.д.) планеты излучают на длине волны 10,6 мкм, пропускающий эту длину волны ИК-световод является идеальным фильтром, способный обнаружить экзопланету, отсекая длины волн видимого излучения звезды и прочих космических излучений [4-8]. Для этих целей требуются одномодовые ИК-световоды с изменяющимся показателем преломления за счет создания фотонной структуры первого и второго порядка [9].
Известно немало работ по созданию кристаллических одномодовых РСБ-волокон для спектрального диапазона 2,0-30,0 мкм [10-17], изготавливаемых методом экструзии из кристаллов на основе твердых растворов системы А§С1-АёВг [18-21]. Они являются единственными поликристаллическими нетоксичными и негигроскопичными ИК-световодами для этого диапазона, применяемыми также в лазерной, эндоскопической и диагностической медицине [22-24]. Их недостатком является светочувствительность, хотя кристаллы твердых растворов AgCl-AgBr, по сравнению с кристаллами AgCl и

изготовлении двухслойных галогенидсеребряных ИК-световодов происходит диффузия на границе раздела сердцевина - оболочка. Эти факторы явились главным обстоятельством для поиска и разработки новых составов кристаллов на основе твёрдых растворов галогенидов серебра и йодида одновалентного таллия, с широкой гаммой задаваемых специальных свойств.
2.1. Термодинамическое исследование диаграммы фазовых равновесий кристалл-расплав в гетерогенной системе AgBr-TII
Диаграммы фазовых состояний AgCl-AgBr, Т1Вг-Т11 (КРС-5), Т1С1-Т1Вг (КРС-6) образуют непрерывный ряд твердых растворов замещения [18,45] и имеют близкие температуры плавления (-412 °С) точек минимума на их диаграммах (см. гл. 1), а также обладают схожими физико-химическими свойствами, поэтому представляло интерес исследовать возможность получения новых более фотостойких и твердых, с большим показателем преломления кристаллов на основе галогенидов серебра и таллия (I). Целенаправленный выбор новой диаграммы для изучения системы А§Вг-Т11 был обоснован следующими факторами:
1. Равенством зарядов ионов Ag+ и Т1+, ВС и Г.
2. Близостью ионных радиусов (табл. 2.1).
3. Сходством симметрии кристаллов и близостью параметров кристаллической решетки (табл. 2.2).
Перечисленные факторы являются необходимыми требованиями к образованию твердых растворов замещения.
Таблица 2.
_____________ Ионные и атомные радиусы элементов [160]
Элемент Ионный радиус, А Разница радиусов элементов, % Атомный радиус, А Разница радиусов элементов, %
1,13 24 1,44
Г 1 (I) 1,49 1,
Вг 1,96 5 1,19
I 2,06 1,