апрель 2019

Оптичне скло для інфрачервоної техніки


Гордєєв Ю. С. , Голеус В. І.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Оптичне скло для інфрачервоної техніки / Химия и современные технологии : Метериалы ІХ Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и современные технологии», 2019. – C. 73-74


Бурхливий прогрес в лазерній техніці (волоконні лазери, лазерні чіпи, лазери для управління термоядерними реакціями, лазерна локація та лазери для медицини) викликає необхідність, як вдосконалення технології існуючих промислових оптичних марок стекол, так і розробок нових складів склоподібних матеріалів.

Великий науковий і практичний інтерес становлять матеріали, які працюють у ближній і середній інфрачервоній області спектра. Прикладом застосуванням джерел ближнього й середнього діапазону інфрачервоного випромінювання є детектування різних газових домішок, використання в медицині для лазерної хірургії і лазерної діагностики. Також є цілий ряд напрямів військово-технічних застосувань, наприклад створення систем оптоелектронної протидії і систем наведення.

Вітчизняні оборонні та ракето-космічні підприємства при вироб-ництві сучасних оптико-електронних приладів використовують спеціальне оптичне скло марки ТБФ, яке відрізняється підвищеним пропусканням в діапазоні довжин хвиль 0,4-5,5 мкм та характеризується високими оптичними сталими (nD = 1,945±0,01; νD = 22,6). Скло з вказаними властивостями в Україні не виробляється, тому воно імпортується з Росії, а зараз з Китаю. Крім того це скло є дуже кошторисним, а його експлуатаційні показники не завжди знаходяться на необхідному високому рівні.

Оптичне скло зі схожими властивостями створене в системах з високим вмістом оксидів свинцю, телуру, вісмуту або германію. Однак телуратне скло непрозоре для видимого світла, а скло з високим вмістом оксиду вісмуту характеризується високою схильністю до кристалізації.

Традиційні методи розробки нових стекол є достатньо трудомісткі та високовартісні, оскільки  потребують значних матеріальних витрат на дослідження. З метою суттєвого зменшення обсягу експериментальних досліджень нами були розроблені математичні моделі, які з високою точністю дозволяють розраховувати оптичні постійні стекол в залежності від їх хімічного складу.

Під час пошуку оптимальних складів стекол розглядалися всі стекла, розрахункові значення оптичних постійних яких потрапляють в задані межі (nD = 1.945±0,01; νD = 22,6±0,1). Оптимальні склади оптичних стекол які входять в зазначені межі були отримані в системі PbO-B2O3-SiO2-GeO2. Крім зазначених компонентів скло в невеликих кількостях містило також оксиди цинку, барію, алюмінію та лантану.

В залежності від вмісту основних кислотних оксидів (B2O3, SiO2, GeO2) прозорість стекол в середній ІЧ-області спектра змінювалася від 2,5 до 6,0 мкм.

Скло яке містило в своєму складі оксид бору характеризувалося обмеженою прозорістю до 2,5 мкм, що обумовлено неминучою присутністю у склі води та вуглекислого газу, які викликають появу смуг поглинання, відповідно, в діапазоні 2,7-3,0 та 4,2 мкм.

Часткова або повна заміна B2O3 на SiO2 у склі с високим вмістом оксиду свинцю збільшило прозорість стекол в середньому діапазоні інфрачервоного випромінювання до 4,5 мкм.

Введення до складу свинцевосилікатних стекол оксиду германію, дозволило збільшити пропусканням інфрачервоного випромінювання до 6 мкм та сприяло підвищенню показника заломлення та коефіцієнту дисперсії оптичного скла.

References
  1. Оптические материалы для инфракрасной техники / E.M. Воронкова, Б.Н. Гречушников, Г.И. Дистлер, И.П. Петров. – М.: Наука, 1965. – 335 с.
  2. Goleus V. I. Calculation of optical constants of glasses in the PbO–B2O3–SiO2–GeO2 oxide system / V.I. Goleus, Yu.S. Hordieiev // Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii. – 2018. – №5. – P. 92-96.
  3. Демкина Л.И. Физико-химические основы производства оптического стекла.– Спб.: Химия, 1976. – 456 с.