Введение к работе
Актуальность теми.
Кварцевое стекло является основним оптическим материалом для работа в УФ области спектра. В связи с созданием лазерной техники и лазерных технологий, волоконно- оптических систем связи и запоминающих устройств и т.д., неизмеримо возросли требования, проль-являемые к.лучевой прочности стекла и появилась потребность в создании стекол с заданными спектральными характеристиками.
Радиациоіпю-оптнческие свойства стекла определяются его дефектной структурой и сильно зависят от наличия примесей. Одним из осноеных собственных дефектов сетки стекла является кислородно-дефицитный центр (КДЦ), появляющийся в результате определенгеїх технологических условий изготовления стекла. Этот дефект во многом определяет характер взаимодействия кварцевого стекла с мошшм УФ лазерным излучением. Под действием такого излучения п стекле могут возішкать новые полосы поглощения, создаваться фото-индуцированние парамагнитные центры окраски іФПЦО).
Использование лазерного получения открыло новые возможности как для изучения внутренней структуры оптических материалов, путем возбуждения ограниченного набора дефектов, так и направлен кого изменения их спектральных и оптических свойств. Совпадение м.лК'-имукл полосы цеглою нил КИЦ с длиной волны к г к зкеи.м"1лгга лазера i,W4\; им да-'-т херовую возможность получить новую инк<р-
4 мацию об этом дефекте при его возбуждении, поскольку окончательной точки зрения на модель этого центра еще не выработано. Кроме того, продолжается дискуссия по вопросу, является ли КДЦ предшественником одного из основных ФГЩО сетки sio2 - Е' центра (»st*), присутствие которых в стекле сказывается на ухудшении светопропус-кания изделий из него в видимой и УФ области спектра. В связи с этим становится актуальным изучение процессов лазерно-индуциро-ванного накопления этих ФЦЦО и взаимодействия собственных дефектов с примесями в различных типах кварцевых стекол, отличающихся примесными составами.
Самими распространенными технологическими примесями в кварцевых стеклах являются хлор, кислород и водород, с участием которых происходят процесси образования различных центров окраски под действием 7- квантов и ВУФ излучения. Известно, что стекла с высокой концентрацией гидроксилов обладают высокой устойчивостью к УФ излучению, однако причтів этого пока не ясна. Технологические газы могут входить в сетку кварцевого стекла двумя различными способами: в виде физически растворенных молекул, находящихся в порах стекла, и в химически связанном с сеткой виде, и их роль в фотохимии кварцового стекла в поле мощного УФ лазерного излучения также может быть различной. Следовательно, необходимо изучение лазероиндуцированных процессов с участием технологических примесей, находящихся в различных структурных состояниях.
Целью работы являлось:
-
Определение каналов возбуждения, приводящих к распаду КДЦ под действием низко- и высокоинтенсивного УФ излучения.
-
Прояснение роли КДЦ в лазорно-индуцированном образовании парамагнитных центров окраски типа Е'- центр.
-
Выяснение роли по<\лбимлульс1ШХ процессов, а именно рекомбина-циошшх процессов и вторичных химических реакций с примесями, в
фотохимии КДЦ.
4. Исследование влияния водорода п различных структурних состояниях на пронесен лазерно-ішдуцированного образования ФПЦС.
Научная новизна.
Определены каналы УФ фэтовозбуждения КДЦ, ведущие к их распаду: для низкоинтенсивного излучения - канал интаркомбинаци-онноп конверсии (fi —»r —«т —*т ): для високоинтенсивногэ лазерно-
О 1 1 п
го излучения - синглетігил канал (s —*s —»s ).
О 1 n
Измерено время жизни уровня к КДЦ (г=5лі не), определяемое спонтанным распадом (s —»s ) и іштеркомбгаїациоішой конверсией (в —*т ) .
1 I
С помощью прямого измерения Фототоков получено доказательство УФ Фотовозбуждения электрона КДЦ в зону проводимости sio„.
Доказано, что КДЦ является предшественником Е"- центра при плотностях потока лазерного излучения Ф<1-3 Дж/см~, а баланс процесса "распад КДЦ - образование Е' центра" определяется примееннм состппом стекла.
Показано, что рекомбинанионные пронесен игрыот важную роль з УФ фотохимии КДЦ. Обнаружена и исследована неаяпонециольность процесса распада КДЦ в многоимпульсном режиме, а также длительная (вплоть до I мс) рокомбинационная люминесценция, вызванная после-имиульспоп рекомбинацией распавшихся КДЦ.
Обнаружено и исследовано лязерно-индушгроваттое образование в кварцевом стекле водородсодержашх ФПЦО.
Практическая значимость работы.
Полученные данные о лпзерно-иидущфованном измененешш оптических свсЯств в ктрпевом стекле могут быть использованы для записи об1."мных оптических структур в стекле с КДЦ, на основе которых мокет бить создан ряд устройств шоеители информации, элементы плоской оптики, волоконные .интерферометры). При этом
показана возможность регулирования длительности хранения этой записанной информации в зависимости от температурного режима облучения.
Полученные данные о роли физически растворенного в сетке стекла молекулярного водорода в пассивации лазерно-индуцированішх Е' центров показывают возможность улучшения оптических характеристик изделий из кварцевого стекла, волоконних световодов, используемых для каналирования УФ лазерного излучения, элементов силовой УФ оптики. Кроме того, знание реальних продшоственников ФГЩО н стекле и их поведение в поле мощного УФ лазерного излучения .позволяет прогнозировать и управлять его рвдиационно- оптическими характеристиками.
Защищаемые положения
1. УФ фотовозбужденио и распад ИЛИ осуществляется через
синглетный канал is —»s —»п ) в случае високоинтенсивного лазар-
О 1 п СО 9
ного облучения (1-Ю -10 Вт/см") и через канал ннтеркомбинацион-ной конверсии (з —+5 —«т —*т ) при низкоинтенсивном облучении
О 1 1 г»
ртутной лампой (1-Ю Вт/см").
-
УФ лазерно-индуцировашюе изменение спектральних свойств кварцевого стекла в области 242-248 нм связано с диссоциативной ионизацией КДЦ.
-
При дозах УФ лазерного облучения кварцевого стекла, не превышающих 1-3 Дж/см~, КДЦ является основным предшественником ФГЩО Е'-центр.
-
Послеимпульсные рекомбинационные процесси играют существенную роль в УФ лазерной фотохимии кварцевых стекол с КДЦ.
Ь. Предшественником лазерно-индуцированних водородсодержащнх ЙГГЦО в кварцевом стекле, содержащих структурносиязашшй водород, является модифицированный КДЦ.
Апробация работы. Основные результаты, вошедшие в диссерта-
7 ниш. докладывались на:
Международной конференции по лазерной химии (Чехословакия, Бахине, 1989 г.):
II Всесоюзном совещании по физическим проблемам лазерно-плазмеїгной микротехнологии (Туапсе, Лазаревское. 1990г.):
viii Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом (Ленинград, 1990г.):
Советско- греческом семинаре "Лазеры и их применение" (Греция, Крит- Хания, 1989г.):
Советско-американском семинаре по лазерной химии ( Москва -Ленинград, 1990г.):
Всесоюзной семинаре-школе по селективному взаимодействию лазерного излучения с веществом (Бакуриани, 1989г.).
її Всесоюзной конференции по физике стеклообразных твердых тел іРига-Лиелупе, І99ІГ.):
Международном семинаре "Точечные дефекты в стеклах" (Рига, 1991г.), а также на специальных семинарах организаций: НИЦТЛ, ИОФАН. ГОИ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Полный объем 130 стр. В работе содержится 32 рисунка, 5 таблиц, библиография -95 наименований.