Введение к работе
й.іісггн'1 .
А к*т уальность темы. Успехи использования воло-ых световодов на основе кварцевого стекла в видимом и ближнем иапазонах (от 0,5 до 2,0 мкм) стимулировали интерес; к светово-из материалов, прозрачных в среднем ИК-диапазоне (от 2 до 20 . Перспективным классом материалов для волоконной оптики этого іазона считаются халькогенидные стекла (ХС) [1].
Одним из направлений использования :ИК-световодов на основе >когенидньк стекол является передача излучения ИК-лазеров, та-' как, HF- (2.7 мкм), YAu Ег3+- (2,94 мкм), DF- (3,8 мкм), СО ' 5 мкм) и COg - лазеры (10,6 мкм) [23. Световоды из ХС перспек-ш в газовом анализе для передачи излучения полупроводниковых ;ров, для передачи ИК-изображения, в системах термоконтроля, іичєской и медицинской диагностики. Для этих целей необходимы говоды с оптическими потерями в окнах прозрачности не более 300-ЭО дБ/км. К началу настоящей работы (1982 г.) опытные образцы светово-из халькогенидных стекол с уровнем оптических потерь 5000 -30 дБ/км были получены во Франции, Израиле, США. Наилучшие ре-ьтаты были получены в Японии, где были изготовлены образцы све-одов с потерями 100-400 дБ/км [3]. В отечественных световодах ХС минимум оптических потерь составлял 2000 дБ/км. Согласно те-тическим оценкам Е4] в световодах из ХС могут быть получены оп-(еские потери на уровне 0,1 дБ/км, т.е. на на несколько порядков ;ьше достигнутого уровня.
Избыточные по сравнению с теоретически предсказываемыми опти-!кими потерями определяются прежде всего высоким содержанием імесей в стеклах. Влияние примесей в халькогенидных световодах
- 2 -на уровень оптических потерь в них к началу этой работы было изу чено недостаточно. Практически не были исследованы механизмы опти ческих потерь, не связанные с наличием в стеклах и световодах при месей, но сходные по результирующему действию с влиянием примесей Это затрудняло выделение примесной составляющей из полных потерь световоде.
Цель работы. Целью настоящей работы было определе ние примесного состава высокочистых халькогенидных стекол и свето водов, определение величины оптических потерь в них, обусловленны примесями и сопоставление этой величины с полными оптическими по терями в световоде, Данная работа была частью более общего иееле дования, направленного на создание физико-химических основ и мето дов получения высокочистых халькогенидных стекол и волоконна световодов с малыми оптическими потерями.
Научная новизна работа Разработана методика определения концентрации и дисперсного состава гетерофазньп примесных включений в селене, мышьяке и стеклах системы As-Se. Показано присутствие рассеивающих частиц субмикронных размеров і стеклах систем As-S и As-Se разной степени чистоты. Проведені оценка оптических потерь на рассеяние и поглощение примесным! включениями диоксида кремния и углерода в световодах из Ж.
методом ИК-спектроскопии массивных образцов и волоконных световодов изучены состав селективно поглощающих примесей и интенсивность соответствующих полос погдоиения в высокочистых ХС систем As-S, As-Se, Ge-As-Se и Ge-S, полученных и очищенных различным* способами.
Исследованы спектральные изменения потерь в световодах-из ХС под влиянием теыпературы, внешнего освещения, нанесения полимерной отражащей оболочки и с течением времени, что позволило определить
- з -їловия снятия спектра, обеспечивающие выделение примесной составившей из полных оптических потерь в световодах из XD.
Практическая ценность. Результаты, Полунине в данной работе, имеют следующие направления практического вменения: формирование требований к чистоте стекол и внесение эрректив в методики синтева стекол и изготовления световодов; оп-?деление оптимального типа световода и условий его измерения. 5еспечивавдих получение достоверной информации о примесной сос-авляюшей оптических потерь световодов; рекомендации по желательны структуре, микро-и макросоставу халькогенидных световодов для онкретных применений.
Эта информация была использована при разработке способов поучения световодов на основе Ж с оптическими потерями 40-100 Б/км. Опытные образцы волоконных световодов были использованы для эготовления образцов пирометров технологического (завод "Тизпри-ор", г.Москва) и медицинского (Нижегородский госуниверситет) наз-ачения, криостага для полупроводникового лазера с выводом излуче-ия по световоду в составе спектрометра для анализа газов (ИОФ АН ССР, г. Москва), макета волоконно-оптического кабеля для передачи іазерного излучения (ИОФ АН СССР, ИХВВ АН СССР).
На защиту выносятся:
-
Результаты исследования методом ИК-спектроскопии примеско-'0 состава стекол систем As-S, As-Se, Ge-S и бе-As-Se, полученных шличными методами.
-
Методика определения концентрации и дисперсного состава "етерофазных примесных включений в селене, мышьяке и стеклах системы As-Se. Исследование концентрации и дисперсного состава включений в стеклах систем As-S и As-Se. Расчет значений оптических потерь в ХО и световодах из них, вызываемых рассеянием и поглоще-
... . , .. - 4 -
ниєм света на гетерофазных примесных включениях.
3. Результаты исследования изменения оптических потерь товодов из халькогенидных стекол под влиянием температуры, вн го освещения, типа отражающей и защитной оСолочек, и их врем стабильности.
Апробация работы. Основные результаты ра докладывались на VII и VIII Всесоюзных конференциях по метода лучения и анализа высокочистых веществ (1985 и 1988 г., г.: кий), на V Всесоюзной конференции "Тройные полупроводники і применение" (1987 г., п. Верховина Ивано-Франковской обл.), к II Всесоюзных совещаниях по применению ХСП в оптозлектронике і и 1989 г., г.Кишинев), на IX Международной школе по когереї оптике (1989 г., г. Ужгород), на Международной конференции "Л и медицина" (1989 г., г. Ташкент), на Мэладународной конфер< "Infrared Fibers-)II" (1990 г., г. Лос-Анджелес, США) и на VI дународной школе по физике твердого тела (1990г., г. Варна, 1
Публикации. Основные результаты работы опубликс в 13 статьях, 9 тезисах докладов и 1 авторском свидетельстве.
Структура и объем работы. Диссер^ изложена на 469 страницах машинописного текста, состоит из вз ния, пяти глав и выводов.