Исследование взаимодействия молекулярного водорода с германосиликатными стеклами и световодами на их основе методом комбинационного рассеяния света

• Автор: Малосиев, Артур Ренатович
• Шифр специальности: 01.04.05, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 99 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Литературный обзор

1.1. Спектроскопия комбинационного рассеяния света как метод исследования вещества

1.2. Структура стекла. Основные полосы КР кварцевого и германосиликатного стекол

1.3. Методика изготовления волоконных световодов

1.4. Основные дефекты в германосиликатном стекле

1.5. Фоточувствительность стекла и брегговские решетки

1.6. Молекулярный водород в сетке стекла

1.6.1. Вращательный, колебательный и электронный спектры молекулярного водорода

1.6.2. Орто и параводород

1.6.3. Классическая модель диффузии газов. Физическое растворение
1.6.4. Модель диффузии при наличии химического взаимодействия газа с твердым телом
1.6.5. Зависимость коэффициента диффузии от температуры
1.6.6. КР и ИК спектроскопии молекулярного водорода, растворенного в сетке стекла
1.7. Нанокристаллы германия в германосиликатном стекле
1.7.1. Интерес к проблеме. Перспективы использования НКГ
1.7.2. Известные методики получения НКГ
ГЛАВА II. Экспериментальная методика измерения спектров КР
2.1. Спектрограф комбинационного рассеяния Т0
2.2. Исследуемые образцы стекол и волоконных световодов
ГЛАВА III. Термохимические реакции с участием водорода в германосиликатных стеклах и световодах на их основе.
3.1. Образование НКГ в световодах, предварительно обработанных в атмосфере водорода
3.2. Образование НКГ в германосиликатных стеклах, предварительно обработанных в атмосфере водорода
3.3. Выводы к третьей главе
ГЛАВА IV. Спектроскопические проявления высоких концентраций молекулярного водорода в световодах различных типов.
4.1. Методика эксперимента
4.2. Зависимость формы полосы КР молекулярного водорода от давления и температуры
4.3. Изменение показателя преломления сердцевины световодов, обработанных в атмосфере водорода
4.4. Зависимость коэффициента диффузии молекул Н2 от концентрации водорода
4.5. Выводы к четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Впервые исследовано влияние высоких концентраций водорода (0 МПа) на спектры КР германосиликатных световодов. Обнаружены смещение максимума полосы КР молекул Н2 на 8. Установлено увеличение в несколько раз коэффициента диффузии молекул Нг при давлениях порядка 0 МПа. Впервые измерены изучены полосы КР, относящиеся к чисто вращательным переходам молекул Н2 в сетке ГСС. Показано, что уровень потерь сигнала в волоконно-оптических линиях связи можно снизить, если учитывать условия вытяжки оптических волокон, при которых образование НКГ в сердцевине световода маловероятно. Образование НКГ, как одно из проявлений термохимических реакций водорода с сеткой ГСС, может быть использовано в приборах волоконной и интегральной оптики для создания нелинейных преобразователях излучения. Образование НКГ в волоконных световодах с сердцевиной из ГСС, насыщенных водородом при высоких давлениях, сильно зависит от состава сердцевины, условий вытяжки и условий насыщения водородом. Размеры НКГ в объемных и пленочных образцах ГСС меняются в зависимости от содержания веОг и градиента его концентрации. Образование НКГ сопровождается появлением ОН—групп и германиевых кислородно-дефицитных центров. Зависимости формы колебательной полосы КР молекулярного водорода и положения ее максимума от давления могут быть объяснены взаимной конверсией орто- и пара-водорода. Кинетика изменения параметров полосы КР (положение максимума, ширина и интенсивность) молекулярного водорода при его выходе из волоконных световодов, насыщенных при высоких давлениях, обусловлена увеличением коэффициента диффузии молекул Н2 при этих давлениях. Диссертация состоит из четырех глав, каждая из которых последовательно рассматривает решения сформулированных выше задач. Первая глава диссертации носит обзорный характер. В ней даны понятия фоточувствительности и основных дефектов сетки стекла. Описаны разрешенные колебательно-вращательные переходы для молекул Н2 в спектре КР. Рассмотрены работы, посвященные диффузии водорода в стекла разного состава. Приведен обзор литературных данных по образованию нанокристаллов германия в германосиликатных стеклах. Вторая глава посвящена рассмотрению методики измерения спектров КР. Описана экспериментальная установка по регистрации спектров КР, функционирование и назначение составляющих ее блоков, приведены характеристики исследуемых образцов. В третьей главе описано образование НКГ в германосиликатных стеклах и световодах на их основе. На основе экспериментальных данных определены условия образования НКГ в ГСС и предложена модель термохимических реакций в сетке ГСС с участием водорода. В четвертой главе исследовано влияние высоких концентраций водорода в сетке ГСС на спектры КР. Проводится анализ изменения параметров полосы КР молекул водорода и поведение динамики выхода его при различных условиях насыщения образцов. Предполагается, что увеличение коэффициента диффузии молекул Н2 при повышении давления обусловлено конверсией орто-водорода в пара- водород. ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ВЕЩЕСТВА. Спектральные методы изучения состава и строения вещества получили в настоящее время необычайно широкое распространение. Среди них спектроскопия комбинационного рассеяния стала мощным инструментом в исследовании веществ. Спектры КР содержат большую информацию о физических и химических свойствах молекул, входящих в состав вещества. Частота линии КР зависит от массы атомов, силы связей и геометрического строения молекулы, а интенсивность линий, кроме того, зависит от распределения зарядов внутри молекулы - характера химических связей. Число, положение и интенсивность линий КР являются характеристическим свойством рассеивающего вещества. Из этого факта непосредственно вытекает большое значение метода комбинационного рассеяния света для анализа органических и неорганических соединений, а также для решения вопроса о структуре молекул. Сравнение с модельными спектрами молекулы. Комбинационное рассеяние позволяет исследовать колебания атомов в молекуле и вращение молекулы в целом.