автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Оптические потери в кварцевых стеклах в спектральной области их максимальной прозрачности

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТ? "ГОСУДАРСТВЕЯЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ККСТЛТУТ ¡:.1ЕЬ1-1- с.п.злзятовл"

;ш'шю-исс.щ1;сзА'гзльс:ай тзхаиюгичвекй институт оптического :,цтер;шобшш

11а правах рукописи

ГйРАСИ.ЮЗ Сергей дЗ^ьевич

■удс 535.345.1:666.11.01

ОЛТИЧ2СК5Ё ЛОТЗРЛ В КЕАРчЕЗиХ. СТйШХ' 3 -СПЕКТРАЛЬНОЙ области

;..1кс;г.*лль:юЛ прозрачшст;:

05.I7.II - Техпэлошя самкатшх л тугоплавких но;.:еталл;:ческ.:х материалов

Автореферат дассе^тац:;;: на со;:ска!ме учэной атепенл шцй.адата технлческлх наук

Лоп.шград 1591

Работа- выполнена во Всесоюзном научном цснтро "Государст-венком оятдческоы институте ш.С«И.Вавилова" Научно-исследовательском технологическом институте оптического материаловедения

Научный руководитель - доктор фпзико-патеиатических ::аук

А.В.Амосов

Официальные оппоненты: доктор хи:.1,;чис:;:1х ноу;;,

процессов Г.О.ларапеглн

кандидат х1!!.н:чсс;;нх наук й.И.Чсрскисин

•Ведущая организация - Институт обтап физики АН СССР

"Л" И 1991 г. в Л,

Защита состоится "Уб" у а._1991 г. в < час..

на заседании; специализированного совета К 105.01.03 при Всесоюзном научном центре "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова1' (Ленинград, 199034, -ГОЛ).

С диссертацией мо:шо ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан 19Э1 г.

Ученый секретарь специализированного совета

7 >

кандидат -химических наук . ■ Л.А.Черезова

.7

С. Всесоюзный научный центр "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова", 1991

ОЩЛЛ л^АлГЕРЛСИ-КЛ ДИССЕРТАЦИЙ

Решение ряда научно-тахническкх проблем оптического приборостроения треС/о'/ снпхондо олтлчосккх потерь и повышения однородности в применяемых оптических материалах вплоть до теоретически возможного уровня. 3 связи с этгм-разрйботкк новых оптических материалов с ультранизкнми потерями, менее I дБ/км, и ьисоксй оптической однородностью, с колебаниям»; показателя преломлен:л менее 1«Ю"°. А к -т у а л ь н о с т ь те м ы определяется как необходимостью изучения оптических потерь и шсохолрозрачных сте-ыах яо спектру л распределения этих потерь по заготовке стекла Для оценки возможности их пр.-мс-нвнш в оптических спектральных системах, лазерной технике, волоконно-оптических линиях связи, та;: введешь научно обоснованных, изменений ь техло..'.э:л:к ¡..тих материалов с целью снижения потерь и повыаешл олтичоиксЗ однородности. Особый интерес в качестве объекта с экстремально высокими прозрачностью и оптической однородностью представляет оптическое кварцевое' стекло. Оптичс-скко потери в области прозрачности кварцевого стекла обусловлены в значительной стелена примесям;: переходких л редкозймельных элементов. Поэтому сценка оптических потерь позволяет получить количественную информацию о наличии л валентном состоянии этих красящих примесей. 2ти' вопроса к моменту постановки данного исследования били мало разработаны что определялось в первую очередь отсутствием аппаратурл, с помощью которой можно было бы регистрировать оптические потери; по спектру к их распределение по заготовке стекла на уро'внэ менее Ю-'1 см-1 (100 дВ/км). .

Лсследоаэние оптических потерь ло спектру- и их неоднородного ра спред е.юн .'я а £ысокопроэ!-ачных материалах по-

мимо прикладного значения представляет■к значительный н а-у ч н ы й . интерес, поскольку даст в руки исследователей дополнительное средство' для изучения природа оптических потерь и.их неоднородности, образовании" к распада центров окраски и их распределения по образцу в зависимости от внешних воздействий различного типа.

Целью работы являлось'детальное- исследование оптических потерь в области максимальной прозрачности (0,2-1,1 мкм} и обусловленных'примесью гздроксила (1,1 -3,0 мкм) кварцевых стекол различного типа в связи с'осо-бенностяли; их технологии, а также в зависимости от термических, обработок и малых доз гамма-облучения.

Для ее достижения.требовалось решить следующие основные задачи:

- создать макетную установку и высокочувствительный спектрофотометр на ее основе, разработать''методики измерения низких спектральных оптических потерь в диапазоне длин волк 0,5-1,1 ш и их распределения по заготовке стекла с чувствительностью'к изменению потерь I дБ/км при уровне самих потерь до Ю4 дБ/км, развить методику повышения чувствительности измерения, оптических потерь в областях спектра 0,2-0,5 мкм и 1,1-3,0 мкм;.

- получить количественные реальные спектры оптических потерь промышленных к экспериментальных марок кварцевых стекол в области прозрачности (0,2-1,1 шал)' и. исследовать природу существенных различий этих спектров;

- исследовать влияние процесса моллирования и длительных термических обработок,, а также слабых доз радиации на оптические потери в спектральной области'прозрачности

'кварцевых стекол;

- исследовать радиальные неоднородности оптических потерь в блоках кварцевых стекол о целью выяснения их взаимосвязи с распределением примесей гидроксила, переходных .и редаоземельных элементов, микродефектов, наведенных центров окраски .и т.д.;

- исследовать особенности структурного.положения" примесного гидроксила в кварцевых стеклах в связи с.особенностя-

Ш-! их cráreas , 2ср:':;чсс:(о::- обраоогкя и облуче!п;я;

йсслбло^з'Л злаял::о оссО'ош.сотой •технолог:::;, 2 чзсгаосзи, гсрчичееяи::- оцлс-осо::, !:олл«1>овпяак, ks р2д::?.л»иов рзс-• пределе.«:;-.? ол'^чсс^-гх потерь'.в полосах пог.-.с^и^п взаро-лр!.*:.:есе:': ••:. де .екгслз о .делъ:) лтзлакзя пр::род:л оптичзской псоднорсдкост;; з осе Со члотих язарцез1Ж ссокдах.

;! о ; ч 2 а я .» о ? ;: з н 'й . ;

■I. Ссидзн слс':;!гра ыегодяки- ьзкерс-мй низких.

сле.-<гредьг:!д£ 0Sv:i4&ck::x тегорз i< облос'г:! дл:н; волк ü,5-1,1 ).:к:.' и :::: р"слоедсла:-:лл яо-ззгоггозкё сюкдз с чувез^аелгно-Cïbi.'. ггзкленелагй: потерь Ï 'дЕ/í;:.:' при уроллс саггвх потерь до IC/1 д£/:п; л. a лотяеннс:: чуьеггателькоогьй в ойдзегях спек-vpa ,5 !..;::.: i;' 1,1-3,0 в bnï»:4e.<S«i:;: QtCKSö'r. •

'Ьг.с-рт!;е аэ.дуч2:т ;еалътгг'доллчсо^Ее^кко спектры оа-«йчосн:;>: дси'оръ дтслпллокл!:;-.. л йлеяернлеН'тзльплх !.:арок ква-pi;cs::x с;а::о-л г силаог:: просрочиос-гг, 'а зз-

iu:c;:rccv;; с; те:с:о;:ог"чоо'к;}:с. n а о б с i : л л с i' е ; ^ лх еллтеза. доследовала лр::родс ^удьот^лл!::-:. 0'<\и:ч:;л слексрог лотирь, изучено дл;:лы>о :.:слл;1рола!;:(;1., т&рыйчвсакх с.^габо-хок в' цалых доз' гакна-родаац::::.'

•5. Bnspsüo лсел-здокина неоднороднее«* оптических note пь jí &;ока-£ cvaircí л сдслтродълол оСлао*:: их иа-кс::;.:а:ьли.; пгэзрпчцо»?:: в сьяз.! 6 Ьссбеп-юогх:и ах ïoxîîu-логгл. Лгучош: р s д лады:: из риспсаделоязя- ептлчоигж:. потерь от г«дрсг.'сллъ..ч:~ групп, Ь:::фопр:;::есеГ. .:»• дс£вкуоа-и установлено, чта и;-:-ora я корре^-гиия ¿Зхдого '::з - s$tix распрода-лел.:.': а :,..,:алридс.1.0;1:;01.! лолазатоля лрелелдокля з оо-о-оо 4.:oï>k .'¡aip^emix сгех.'лх;

Ял' з а -ц s. s у • ' а и к о о i-, i- о 'я;

1. С:;:да;;.!5 vu:.;eip" i'.'jï.i и иеь-одича рзивуе-¡1.1Я ü.í3!:»i:-: 2::еларольллх сд^чбин. х. потерь' в дл^^зинз длн!т -•ел;: 0,5-1,1- • л :;лji ;j.ií¡ по .saruíoáac CiéKíia'с чуяС-'л«:¡¡.-ельнис¿ъо л лигбрь 1 дЬ/:и..' прл уровне ешдгх- nowsp» до It)'?. £Б/ки i о:ат.*вских- егак'лах'.

2, v.?ль::1,с е:х::грн. ont*¡4ecK,¡x' nuvepb при: :.!u.r:¡:: и. cß::v;.:.x'us.í о.; л-^рц'-ыа .охеяйя-.э ипё^шлыюй

uch'iacvti. :. зз-.о.^альио-:) ■.'i\<¡:í¡-v:¡íoií:i;i, •

5

3, Экспериментальный денше по влиянию процесса моллв-рованзд, термических обработок .и низких доз гамма-облучения до 10° ? 'Ка"спектры;оптичаских потерь в кварцевых стеклах.

4, Эксперт,юнтальнае данше по влиянию процесса молли» рования,' термических обработок и гамма-облучения на неоднородность оптических потерь в блоках лромшкенных и опытных марок кварцевых стекол,

Л р .а к г и ч е скал, значимо с т ь

п. о л у -ч'э н н и X Р О .3 у л Ь. Т 2- Т О 3

1. Дая- измерения малых, оптических потерь в спектральной области максимальной'-прозрачности• оксидных стекол создан . спектрофотометр <ШТИ с .соотаетстзущкм метрологическим, обеспечением,. выпущена партия таких приборов,- которые-мет-' рологнчески аттестованы и установлены на заводах отрасли

и позволяют .'проводить массовые измерения-спектров оптических потерь и'их неоднородности, малых .изменений в блоках и заготовках оптических стекол.

2. Впервые в' дополнение х-ГОСТу .15130-86. "Стекло. кварцевое оптическое1' подучены реальные спектры оптических потерь в спектральной области юкснмальной'прозрачности' для всех промышленных марок кварцевых стекол,'

3. Показана реальная возможность.дозиметрии слабых доз гамма-радиации, оптимальной разделки блоков, заготовки, их отбраковки для повышения нормируемых параметров качества оптических стекол.

4. Выявлено влияние на изменение оптических потерь в спектральной области прозрачности кварцевых стекол различных технологических;факто.роз: особенностей синтеза, дательных термических-обработок, даллироваяия, Указано на возможность контроля и введения научно-обоснованных изменений в технологию кварцевых стекол в' редаме обратной связи при доводке стекла и отборе наиболее- прозрачных и однородных частей.

Разработан новый, метод исследования, обеспечивающий. принципиально новые возможности изучения экотремаль-

но-низках концентраций .примесей,'дефектов, а та-кжэ чрезвычайно слабых воздействий различной природа на' высоколроз-рачные стекла.

Л- к-'ч н- ы й з к л а д а в т о р.й- оостойт в создании макетной' установка- и спектрофотометра 4',1ТИ на <ээ основе, разработки методик-измерения, в получении'экспериментальных .результатов; а обработке' к интерпретации полученных результатов.-

А п р о. <5 а ц- з; Я'" р а .0 о т'¿г 'Основные результаты-работы.докладывались:

- на-'научно-технической конференции.до качеству оптическо-- Го стекла (г, Изш,'-.1980 т.);

- на отраслевой'научно-технической, конф&^ёкциа (г.Ленинград* 1931-г.);

- на научных семинарах, отделен:'^ б, Грсударственнои оптическом института км.С.И.-Зав:;лова, 1983, 1969 гг.; ■

- на. Л1 Всесоюзной с;й'лозпу:.:е по оптическим л 'спектральным свойствам стекол лг.Ленинград, 1989г/),.

Ооиовдае'- результата -работы.' отрааека ;в публикациях, список, которых приведен.в конце' реферата*

С ? р. у к т у'р а- , и. о б ь с'и . д ц'с с а р т а-Ц а

Дг.соертацад состоит ¡;з введения, ш'зстд. разделов, за-. ключенэд,;.списка.цнт.проаанкой литературы и прилозенпд.кз-лоа^йяах'-яа- 253 страницах '¡.«щинрпис'ного т§кбта,."кз. н»5с 75 страниц ¡'-ллюс-трзций.-н '-25•• страницл раамюния»'

страниц ■ списка литера ту рЫ',. -рклйчакщего. 160. калленованнй .раСог отзчэственкых и зэруб&ккцх азторов,

.- с- о'.Д Е А НЛ1 2' ' Л -И .С'С.В.^ Т А Л Я И' В о. . .з .а-.о'д. е; к а, л дана-общая характеристика £а» бота, обоснована Актуальность,.теш :|сследо5а:«и, сформулирована его цель, каучная^новизна, Кратко описан круг вопроси-, .которым досвжзена шб'ота./рйдстдатрека. Структура д-юсортадцк

Д е р 8 ы. й ':р а;-зд а л', носит' оЙзо.рийЯ' характер.

В разделе приведена библиография основных работ ко проблемам и технике измерений оптических потерь з высог.опрэзрач-шг стеклах. Рассмотрев дркчхкы оптических потерь з стеклах к метода! .их измерения. в' заключительной части др1'аот дится сравнительный аналкз возможностей разлкчшх методов, показано преимущество . споктрофотсметрического метода для измерения экстремально малых изменений спектральных оптических потерь и самих:потерь в области максимальной прозрачности оксидных стекол.

В т.с р о й р а з д-е л посвящен созданию экспериментальных установок, высокочувствительного -спектрофотометра и методик;измерений низких оптических потерь и их распределения по спектру и по заготовке стскла. Изложены вопросы метрологического обеспечения измерений, результаты испытаний и метрологической аттестации' спектрофотометра ШТИ.

Был предложен метод эталона - зремапного осла-6'лтеля, суть которого сводится к следующему. В измерительный канал однолучевого спектрофотометра последовательно вводятся два образца разной -дайны, изготовленные из одной заготовки стекла и.с отполированными одним блоком рабочими гранями, и эталонный .временной ослабитель так, что изменение постоянного потока излучения при смене образцов эквивалентно введению переменного потока излучения'эталоном с тем не, средни.: значением. В качестве эталона применялся вращающийся секторный ослабитель, эквивалентность действия которого в. соответствии с'.законом Тальбота была усташлзле-на с помощью специально разработанной методики с погрешностью + ЫСГ5. Коэффициент пропускания слоя высокопрозрачного стекла без.учета поверхности близок к .единице, поэтому эквивалентное действие эталона требует высокой сква:хно-. сти шпульсоэ или незначительного их изменения дои эталона с переменными параметрами, Следовательно, -погрешность, которая вносится такид1 эталоном, практически не связана с нелинейностью приемно-измерительпой системы. Расчет оптических потерь для секторного.ослабителя с фиксированными или переменными параметрами проводится соответственно $ор-

8

цулам

2 . '

гдоЯ'у, Лд , /.'з- показания цифрового вольтметра яри введен;:';: в измерительный канал образцов 1,2 и: образца 2 с секторным оо.-.абктело;д, действие которого 'гкзиздлентно коэффициент;/ пропускания Тс ,-и Ьл - дайны образцов I, 2; --;<оэ(й-ад:1внты. дрояузкашгя, 'которым эгаива-

лзнтно'дойссвиб сзкторяого осжбхтя л.р;; в'зсдснл;: з измерительный образцов I, ■ 2. Прпмекелпе этого метода позволяло создать макетную установи' >■ спектрофотометр &1Т/1 на оолаеггэ спектра 0,5 т- 1,1 ж.;' с чузстзптслъностью к. изменена оптических потерь I .'дБ/км при уровне самих потерь до 10* дБ/к.; в оптических стеклах, "а-таяжэ экспериментальную устанэвку на область спектра 0,2 - 0,5 шем с чувстзи-. •тельиоеть» 3-5 дБ/км и. методику измерений на' спектро^ото-мс-тро ¡¡СДО-76 в области 1,1 - 3,0 цкм с чувствительностью но ху:хе 20 дБ/км.

Для характеристики пространственного распределения оптических потерь по заготовке (блоку) стекла разработана методика определен;;:! "неоднородности оптических потерь", определяемой для двух зон и среднекзадратичзская неоднородность оптических потерь соответственно по .формулам

где^Лд и //^ спектральше оптические потери для этих зон,

неоднородность оптических потерь для . -той зоны и зоны, для которой потери минимальны, N число зондируемых участков.

В т 'р з т ь е м р а з. д еле помещены результаты исследования оптических потерь промышленных и опытных марок кварцевых стекол в спектральной области максимальной прозрачности (0,2-1,1 мкк). Исследовано влияние режима наплава, дроцясса мэллированил, -а таклее термических обработок и низких, доз .гамма-облучения йа- спектры оптических потерь.

В. исходных' 'о^з^ах'.зауо^йко, ;ио£а;шру«дай уровень оптических похерь, (Г0СТ-15150-.ВЗ)-. в области £1".к врлй,0,35-1,1.мкм оуществеию загигаЭДу Ш-кбоде<з характерные, адокти-'-фивдру.еие 'додосы .пойгоавйкя.. в .•.спектрах оя?ичосках иоторь в стегущх'.КУ-Х -а-КЗ-с йакатошш.у '0,725;.-О, в?5 й; 0,945 ккм,- каб;здшж'еся .з 'воот.аоякм даарадзых••'сввговодах, привддсе«ат.'рргыасно?^ -ГддрЬкрпду.-.' В спектрах дадальшх-жнерь.'.ймос.'яоглргщгя у. О,'62;?.С¡61; • 0,89; 0,94; '1,0.2; 1,06;а.,1д6-Ы% /найедаешгх^я'.ра'н^в р безгздроксил'ьШХ;кварцевых,эолйконшх'-сре'гдаодах, Кроме того -В спектрах за^агны'полосы •■логдощёаия:'у''0,'44-0,45 ¡0,50-. .0,52; 0,53;' 0,65 я .0,32чад', "засть аз'-которых вероятно может быть обусловлена .¿ршзскмг переходных металлов,, что было ранее 'Замечено з.'сзеДпйЛько "синтезированных с лриме-одаш' образцах квардав^'х стекол. -сопоставлен:^ ис-

пользованы .лахерзтурйыв -¿анйыэ оптически.: лоторя;;: в гк-дро:{й1г»содерхж;:-Х кварцевых еолоконкцх световодах, что подтвердил? метрологические параметры -разрабйтакшх.аш^а- . ратуры и:иат0Дкк."-,Пояу«ек: спектр .''ао-аориюс^жх"' потерь,на основаниы. которого оде-да.чо- продполояекиз. р внедрена-:: це-. рия, вхедяцзгб'-в состав полпрпта, з- г.родессе-обработки" в поверхностней- злой Кйарцм.огэ стекла..

йдиг.в* наддаД Дйоь'спектр1 рзтичеркях/пьтерь*. невоз-.. -реацдаь авдадо Уй^фаиаий:Ьсгйч^каг потерь ¿>,неоднородности. их-.рзрпр<здЦз#кя- я'блоке сгекм, йо-это.'.-у,''калоль-. зуя '•.д.-едвйко' •'

уообработку, ой^нщЩ- й'-'ууД« „ удается накадд;ц^?ь экслег рда:ек.?'а-льшй..штериал-^'-к'оэводяцц;:-::! целенадр^е;цга ..управ- -.лят.ь .зталаад; та.хароц&бса,/.ответсдаеш^ лслнйтс.7ьшх-потерь ь -р^цч/йх частях «доктра» Именно . в'.-■этом, .йаправл&ниа проводилась работа я о ¡¡овзленйе проэр-ач-' кости, квардешх стекол .е рйг.а-с<ш 0,2-1,1 таС.Ягич капрн- ' '.мер/' 6иг&-'йбй^жМо*

мосбработка'лй8ях. едараэ^х' 1000 -г

1&Ю°С В воадуиной этж^Фдо увеличкават оатачеочпе 'потери .в.; УФ-ьблаогк савк»ра<,' Шйрдиб

денных, оптических'дотерв' во вс<?'х: марках стекол -при дозах облучения до Ю3 'Р.'.форла ультраслабых-'.(изнее 100 -дЕ/км) полос поглощения, Установление'природа йуаестзенннх различий спектров для разных образцов- Позволило дать рекомендации по ;изменению реякмоз синтеза-, для .-ум»ньаения оптических потерь. Например, удалось-повысить .прозрачность стекла КС-4В; на'длине,волны 0,248 кием д-й'обЛас'ти' 0,4-0,5 мкм'.в. 2-2,5 раза.' Установлена'/темературнзя связь Термообработки с цветопередачей, кварцевыми•. стеклами,' • Показан?,' что принятая, в Производстве'тегаература'термообраСбт::;: в 1р90г10°0 доя .цветопередачи является.далеко.не- оптимальной. . . Ч е. т в е р т ы-й ' р а 'з'д е л ..содержит результаты исследования неоднородности оптических-лотерь. в кварцевых стеклах в области ддш-.долн, 0,2-1 ,'1 мкм-..,Изучено: влияние • способа -производства,', термической 1 обработки-и гамма-облучения на спектры -неоднородности оптических' потерь, а также радиального распределения гидроксильных групп, микроприме-, сей, дефектов на радиальную неоднородность оптических потерь. Неоднородность оптических потерь предусматривает изучение спектральных или пространственных распределений относительного - изменения потерь,, связанного'с -относительным •. изменением концентраций догловаэдих 'изд рассеивающих центров. Поскольку неоднородность оптических потерь в-блоках кварцевых, 'стекол является пороком- используемой технологии, необходило установить прежде всего зависимость этого параметра от способа их производства'. Впервые полученные спектры показали, что по;радиальной неоднородности оптических потерь в-УВИ-области'кварцевые стекла"в порядке ухудшения составляют ряд: -КУ-1, КС-4В, КВВ,.-КВ, 'КИ-, КУВИ. Дополни- -тельно" исследовались'спектры неоднородности как термичес-кк-наведенных -потерь в.воздуиной атмосфере при. температурах 1000-1300 °С и длительностях до .24 час,, так и гамма-'наведенных потерь при'20°с дозами 10® и Ю8 Р. Установелен характер взаимосвязи полученных спектров. Шли найдены наиболее характерные .длины волн, о'экстремально большими значениями неоднородности. К Таким полосам поглощения, да-щим максимумы на спектрах неоднородности начальных потерь

моано•отнес/к: 0,240<0,248; 0,3.3; 0,50*0,52} 0,725; 0,875; 0,945 мам. Зто лровде усего примесь-г::дрокспла хлора, кропримссп'переходных -vjx. редкоземельных элементов, кислород-дефицитные дефектные 'структуры. 3 спектрах гамма-наве-декшх оптических потерь наибольшей. каедно^дностьз отличаются полосы 'ß' - цзнтров (0; 21Ь-мки>(. немостиковкх атомов - кислорода (0,260 .к '0,6-25 мкм). Сладуйкса стазом-в исследовании .природы-несднсродносТ!; оптических потерь следует считать изучение радиальных .распределений этих полос поглощения.. Хля Сыле .ьабракы блоки особо чка-'

тих по мнкропримсон.; металлов стекла КУ-Г," К/ВЛ и- лС-4Б. . Б/ло замечено, -что в- ¿фздок из Сиоков отекла существует корреляция радиальных распределений' потерь, от разных примесей и дефектов, что позволяет-судить о■физико-химических процессах, пропс ходей;:х лрп синтезе стекол. .'Так мо:шо говорить о значитальных иримослх ОН'групп' в кислороде и -о дефиците его з цеигралькэй части при наплаве стекла КГсИ. 3 стекле КС-4Б 'наблюдается ароипкковёнпз примесей а периферии блока на глуспку. до-10. ж при-диаметре олока около 200 -т. Более равномерное распределение примесей в стекла КУ-I, до-аздкйоцу, определяется бальзам содержанием ОК. групп .(0,1 мае.;»). Впертые раздельно получены- тс.пограмг-и объемной и поверхностной Неоднородности оптических потерь в кварцевом стекле КУ-1. Так^г образом,.введенный параметр "неоднородность' оптических потерь" кэашо .рассматривать в качестве ицдпкатора отступлений.от идеализированных физи-ко-халаческах процессов, поскольку.выявляются нз только' присутствие -¡.акроцршеей, но и ультранпэкпе изменения гп-дроксала,' различных'дэ$«к?ов и примесей,-,их. валентного состояния, вида и т.д. .

3 -.п я т о ы ■ р а: э-.д а л. е . помелены результаты исследования оптических потерь, обусловленных примесью .гад-, роксила, и особенностей ;ст;суктурнй1 о положения Dl! групп в кварцевых ставдах. Изучено-влияние способа производства,-термической обработки и .гамма-о-блученпя -на оптические потери к' структурное положение. гидроксилЬяых групп I

Спектру оптических потерь -f диапазоне волн 1,1 -

3,0 мкм.в интервале температур' 20-800°С измерялись на спектрофотометре .ИСДО-76, оскаленном термостатом, с использованием методики одного эталона-зременного ослабителя. Образцы кварцевых стекол подвергались термической обработке на воздухе при температурах IQOO-I300°C и длительности до 24 ч, а также гаша-облученшэ дозами до 10 Р на источнике

m

СО. Фундаментальное поглощение в спектрах исключалось по образцу, кварцевого стекла КС-4В, содержащего менее мае.;? групп ОН.. Било установлено, что стекла типов 1-1У, содержащие, от Ю-3 до Ю-1 мае.;? гкдроксида« имеют сложную, совпадающую в пределах погрешности измерений фору полос поглощения. Термообработка образцов на воздухе не приводила к заметным изменениям в форме этих полос, хотя их интенсивность уменьшалась. Было проведено исследование спектров поглощения полос у .3665, 4520 и 7230 см-1 при температурах 100, 200, 400, GOO и 8Q0°C. Изучение воздействия гамма-облучения на спектры поглощения в области оспозной и обертонных полос гвдрокскла показало изменения их интенсивности и формы в некоторых образцах. Например, в стекле вакуум-водородного синтеза (ШЗ) появлялась полоса у 3510 см' . Установлено, -что с повышением температуры происходит сужение полос поглощения во всех типах стекол, но интенсивность их в максимуме постоянна. Построение.разностных кривых показало, что с повышением.те:,шературы интенсивность полос с максимумами у 3700 ;г 3620 см~^ уменьшаются, но с разной скоростью, а интенсивность поглощения у 3S65 см""* почти не изменяется,- Уменьшение поглощения у 3620 см^про-крашается при температуре 600°С, -а поглощение у 3700 см-1, напротив, не изменяется в интервале 20-200°С. Максимум же обертонных полос с повышением температуры смещается от 7230 к 7195 и от 4520. к 4505 см--'", почти -не измоняясь по интенсивности. Полученные зависимости изменения поглощения у 3700 и 3620 см"1 и отсутствие подобного хода у 3665 см-1 не согласуется с трактовкой природы этих полос,-предложенной другими авторами. Полосу у 3620 см"1 скорее следует отнести к г'идроксильной группе, . включенной в слабую водородную связь (л)// ), которая при повышении температуры-лег-

ко нарушается,а полосу у 3700 см-1- к "газоподобным" группам ОН ( V» ). Полосу поглоаеншт у 3665 ;лк связываем с сжыегричиой структурой (3,6), характерной для более вы-'. оок;:х тегларатур. С повышением тешератури все большее число групп ОН, связанных в асимметричную структуру вида (3,а), перестраивается з "цаклачвскко" структуры сада (36). Радпационно.наведенную паюсу с тксядукоы

• - - (3)

т _ (а)

у 3510 с;,Г в спектрах стекол. КЗЗ, по-ьпд^ому, следует отнести к структурам вида

с те.м, чтобы объяснить сильное отклонение частоты колебании данных 0!! групп (3510 с?.Гх)'от'"газолодоблчх" (3000 ск"*1.).

Щ е с т о й раздел доешшсн исследовании неоднородности оптических потерь-в области «акс:и.шль!юй прозрачности п оптической однородности. 'Изучена радиальные распределения оптических потерь и показателя прело;,пения в исходных кварцевых Стеллах, а-также исследовано влияние термической обработки.

Экспериментально установлена, что в особо чистых кварцевых стеклах- отсутствует строгая' корреляции радиальных распределений оптических потерь от гидрокс ильных групп,мл-кропримесей к дефектов с распределением показателя преломления. Это позволяет добиваться" экстремально "высокой оптической однородности-(например, в КУ—I) в существенно неоднородных по оптическим потерям блоках мзарцевых стекол. Подтверждено положение, что неоднородность показателя.преломления в значительной' степени .обусловлена присутствием в стекле неоднородно.распределенных по -блоку водорода и кислорода, растворенных при.синтезе. Неоднородность оптических потерь в полосах поглощения-ОН групп определяется в основном дефицитом кислорода по блоку паромазного кварцевого стекла.• '

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Я ВЫВОДЫ

1. В результате выполненной работы бил;: решены поставленные в диссертации задачи. 3 кварцевых стеклах впервые изучены оптические потери а' ейоктралыюй области максимальной прозрачности.

2. Для достижения указанной цели был разработан и аттестован комплект измерительной аппаратуры: изготовлены спектрофотометры 0МТИ'(8 экз.) на область спектра 0,5*1,1 мкм с чувствительностью'к изменению оптических потерь I дБ/км при урозне самих потерь до 10000 дБ/ж; созданы экспериментальная установка на область спектра 0,24-0,5 мкм и методика измерений з области 1,1*3,0 :жм, обладавшие поБеленной Чувствительностью в сравнении с серийной аппаратурой. Разработаны методика измерения оптических потерь и методика определения неоднородности их распределения по образцу

(блоку).

3. В спектральной'области 0,2*1,1 мкм впервые получена реальные спектры оптических потерь, исследована природа существенных разлпч/ií от-нх спектров и влияние на них малых (до 10^ Р) доз гамма-радиации. Выявлена природа оптических потерь. Новые данные переданы в ГОС-3 для введения з ГОСТ 15130-86 "Стекло кварцевое оптическое".

4. 3 практику оценки нормируемых параметров качества введена новая характеристика "неоднородность оптических потерь".

5. В области .".аксиальной прозрачности кварцевых стекол впервые получены спектральные кривые неоднородности-оптических потерь. Для разных областей спектра по поведению полос гидроксила, микропримесей, термических и-радиационных дефектов установлена природа неоднородности оптических потерь.'

6. Установление по спектрам природы как оптических потерь, так и неоднородности их распределения позволило корректировкой режимов синтеза повысить прозрачность кварцевого стекла марки КС-4В (при длине'волны 0,248 мкм) и в области 0,4-0,5 мим оптические потерн снижены в 2-2,5 раза, выдать ^рекомендации по снижению, потерь стекол КУ-I и КУВИ

в - облает;; 0,2-0,5 мкм.

7. Установлено, что:сложная форма полос поглощения термически стабильных ОН-груап не- зависят от их концентрации. Исходя из поведения этих полос под действием температуры 20-8С00С и гамма-облучения, предложена интерпретация, структурного положена групп ОК в сетке кварцевых стекол. Доказано, что только нестабильные ОК-груялы, создаваемые радиационным' воздействием, могут использоваться в качестве зондов-индикаторОв .структуры. ■

8. Показано, чтомезду неоднородность» оптических потерь от гкдроксилывх групп и неоднородностью показателя преломления строгой зависимости но существует, и следовательно заготовки гадроксилсодерясэдих кварцевых стекол 'могут быть получены с экстремально высокой однородностью по показатели преломления при наличии неоднородности оптических потерь от ОН-грулп.

9. Изучение реальных спектров оптических'потерь позволило их использовать в качестве индикаторов незначительных вариаций процэссов-скнтеза, моллирования, термообработки, обработки поверхностей, облучения и тем самым воздействовав на процессы в требуемом направлении.

■ СПИСОК ПУЩВДЙ. ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Герасимов С.Ю., Гусев С.Н. ,• Колядин А.И,, Кровко Т. А. Фотометр дял точного определения спектральных показателей ослабления, стекол с малыми потерями. ОШЛ383,.49,с. Тй-Т9.

2. Герасимов С.В., Колядин А.И. Точность определения показателя ослабления високолрозрачных стекол при использовании, призматического образца. - ОЩ, 1984, Л1,- с.4-5.

3. Герасимов С.Ю., -Коклалова Л.А., Торблн К.Д. Прозрачность оптических клеев, - 0«С1, 1987,. Й9, с.40-44.

4.'Герасимов С.В. СлектьосЬотометр. А.с. ,'¿1455645.- БП, 1989, »27, с.171-172.

5. Герасимов С.Ю, Спектрофотометр.:А.с. К15П602.- БИ,

1989, ЙЗБ, с.192.

6.. Герасимов С.Ю. Спектрофотометр. А.с. 578506. -Е1,

1990, Я26, с.

7. Заявка на изобретение .KI77532. Способ определения оптических потерь в эесзствз /Герасимов С.У. - от 12.01.37. Рол>:.'Н;'.э о энднче авторского свидвтельстга от I2.09.1X).

5. Герасимов C.iG. Олтичоскио потери аасококрозрачккх стокол з зздпмзй и блнжкеп инфракрасно!: областях сязктрз.-Тезасы докладог 7:1 Зсосоызшго симпозиума до оптическим и сибктродьнк: свойствам стокол. Л., 1989, с.26.

3. Герасимов С. 1С. Сыскная структура полос логдеззшм ОН груш! э кварцов:-::-: сго;с:ах. - ¿изика и химия стекла, 1990, r.JG, .''5, с.753-752.

10. Амосов .1.5., Герасимов С.Ю. Спектры сперхмалых оптических потерь в Карцевых стеклах в диапазоне длин золк

0,5-1,1 мкм - Физика и химия отекла, 1931, г.17, .'Я, с. 2а*-227'_______

Подписано к печати 2.~> о^.чп Формат 60 х 84/J.6. Печать офсетная. —" Усл. печ.л. Q 9 , Уч.-изд.л.'О <2 Тира;к 100 экз. Заказ &¿\- . Тип. ГОИ. Бесплатно.