Физико-химические основы разработки стеклообразных материалов и элементов для фотоники

• Автор: Таганцев, Дмитрий Кириллович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 430 с. : ил.

Содержание

Условные обозначения и сокращения

Введение.

Глава 1 Состояние в области к началу выполнения работы.

1.1 Градиентная оптика

1.2 Электрооптические стекла и стеклообразные композитные материалы.

1.3 Нереализованные возможности технологий стеклообразных фотонных структур

1.4 Постановка задач исследования.

Глава 2 Моделирование ионообменного формирования градиентных структур в стеклах.

2.1 Теоретическая модель ионообменной диффузии в стеклах

Общая постановка задачи

Задача высокотемпературного ионного обмена.
Задача низкотемпературного ионного обмена.
Неизотермический ионный обмен.
Граничные условия.
2.2 Экспериментальные методы определения параметров для моделирования ионообменного процесса.
Несколько слов о методе БольцманаМатано
Автомодельность и определение энергии активации диффузии 0 Определение параметров граничных условий
Глава 3 Апробация разработанной модели ионного обмена.
3.1 Новая стратегия разработки стекол для градиентных элементов
Общая постановка проблемы.
Стекла С А
Стекла ЛА и АЛА.
Стекла ПЛК и ВТЗ
3.2 Новые градиентные объективы и трансляторы изображения
Глава 4 Композитные стеклообразные материалы для фотоники
4.1 Кристаллические мотивы природа электрооптичсской и нелинейнооптической чувствительности стекол.
Новые эксперименты, подводящие к идее о кристаллических
мотивах
Обобщение экспериментов кристаллические мотивы.
4.2 Новый метод контролируемого формирования двухфазных стеклообразных материалов и модель реактивной диффузии в стеклах и стеклокерамиках
Стеклокристаллические материалы стеклокерамика
Двухфазные стекла стекла с ликвацией.
Глава 5 Гибридноградиентные фотонные структуры.
5.1 Гибридноградиентный волоконный делитель
5.2 Градиентные эталоны сравнения экспрессметод измерения показателя преломления стекол
5.3 Волноводы на базе стеклокерамик для интегральнооптического модулятора.
5.4 Гибридные амплитудныефазовые структуры.
Заключение.
Список литературы


Представления о кристаллических мотивах структурных образованиях или неустойчивых неравновесных кристаллических предзародышах без фазовых границ, в которых имеет место кристаллическая упорядоченность на масштабе 23 координационные сферы, что является концептуальной базой, объясняющей природу электрооптической чувствительности стекол, состав и структуру образующихся при термообработках стекол кристаллических фаз, рост электрооптического коэффициента Керра стекол при приближении их структурной температуры к температуре Козманна новые электрооптические стекла и стеклокерамики с рекордными на год для стеклообразных материалов значениями электрооптических коэффициентов Керра. Разработка нового типа оптических элементов гибридноградиентных элементов, представляющих собой единые монолитные блоки, объединяющие в себе градиентные оптические структуры с оптическими структурами другого типа дифракционными, рефракционными, нелинейнооптическими и др. Общие примечания При изложении материала автор старался сделать разделы максимально самодостаточными и удобным для восприятия, не ссылаясь на уравнения и формулы других разделов особенно сильно удаленных, а записывая их снова, по мере надобности по контексту. Под градиентной оптикой понимается оптика структур, изготовленных из материала, в котором присутствует неоднородное пространственное распределение показателя преломления. В зависимости от вида распределения показателя преломления, а также формы и размера структур, они могут выполнять функции различных оптических элементов линз, растровых объективов, дифракционных решеток, оптических волноводов и других оптических элементов, управляющих оптическим излучением. Характерной особенностью градиентных оптических элементов является то обстоятельство, что они, имея плоские преломляющие поверхности, функционируют благодаря либо непрямолинейному распространению лучей в неоднородной оптической среде, либо фазовому контрасту на пространственной модуляции показателя преломления. Определяющими факторами при разработке градиентных оптических элементов являются достижимый для используемого материала перепад показателя преломления и возможность создания на практике требуемого распределения показателя преломления. В качестве примера приведем фокусирующую градиентную линзу градан но отечественной терминологии или I по международной терминологии. О, 1. Л12Дииой градиентная константа II радиус стержня, а Ап разность перепад между показателями преломления на оси стержня и его боковой поверхности. Траектории всех лучей меридиональных и сагиттальных в таком стержне в градане будут близки к косинусоидальным для меридиональных лучей с характеристической длиной периодичности 2 2я. На оси градана окажется несколько точек фокуса, расположенных на расстояниях 2МП4 от входного торца 1,2,. Следует отметить, что градан длиной П4 и с распределением показателя преломления вида 1. Рис. Рис. Числовая апертура ЧЛ градана, которая по определению равна i со максимальный угол входавыхода луча, прошедшего через градап связана с градиентной константой следующим образом 4i 0 или 4i 20v 5. Таким образом, чем больше величина Ап, то есть контраст показателя преломления, тем выше ЧА градана или, другими словами, угол поля зрения. Величина А, в свою очередь, полностью зависит от характеристик материала. Отметим, что для граданов используемая технология должна обеспечивать вид распределения показателя преломления, задаваемый выражением 1. Опуская подробности, то же самое можно сказать и о других градиентных оптических элементах. Для фазовых дифракционных решеток, работающих благодаря модуляции показателя преломления в приповерхностном слое пластинки, изготовленной из оптического материала, величина Ап определяет эффективность дифракции и распределение интенсивности между дифракционными порядками 6. Для элементов интегральной оптики градиентные планарные и канальные волноводные структуры, разветвители и др. Ап определяют модовый состав структур и их конструктивные возможности например, максимальную кривизну изгиба канального волновода или его размер, обеспечивающий одномодовое распространение све та 7. Табл. Существует ряд методов создания градиента показателя преломления в оптических средах. В Табл.