28 Оптические ситаллы. Процесс ситаллизации

Оптические ситалы относятся к стеклокристалам мат, состояния из кристалла и стеклообразных фаз. Содерж. Кристалл. Фазы до 70% размер кристаллов до 0,4 мкм отдельные ситаллы до 1,0 мкм если 0,4 мкм прозрачный оптич. Ситалл 1,0 мкм-непр. Технология получения 1 стадия врака стекла при 1*1550*1600 С с предварительной очисткой

2 стадия ситализиации В качестве катализатора TiO2 до 15% загатовку нагревают до 1С И выдерж. 1-2 час. На 2 участке процесс образов. Центров кристаллизации (TiO2). Здесь получ. Мах количество крист.

Билет №7

7. Естественные и искусственные источники оптического излучения.

Источники оптического излучения

Источники оптического излучения - преобразователи различных видов энергии в электромагнитную энергию оптического диапазона с условными границами 1011—1017 Гц, что соответствует длинам волн в вакууме от несколько мм до несколько нм. Естественными источниками оптического излучения являются: Солнце, звёзды, атмосферные разряды и др., а также люминесцирующие объекты животного и растительного мира. Искусственные источники оптического излучения различаются в зависимости от того, какой процесс лежит в основе получения электромагнитного излучения оптического диапазона. Разнообразие источников оптического излучения определяется многочисленностью способов преобразования различных видов энергии в световую, большой широтой оптического диапазона спектра, различными требованиями, которые предъявляются к источников оптического излучения, применяемым для научных и технических целей. Искусственные источники оптического излучения классифицируют:

 по видам излучений; 

 роду используемой энергии;

 признакам эксплуатационного характера;

 конструктивным особенностям; 

 назначению. По видам излучений источники оптического излучения разделяют на:

 тепловые источники;

 люминесцирующие.

31) 31.Оптические и лазерные кристаллы. Виды оптических кристаллов. Анизотропия. Методы выращивания кристаллов.

Кристаллы. Особое место среди оптических материалов зани­мают кристаллы, которые в отличие от стекла имеют высо­кую прозрачность в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, более широкий диапазон показателей преломлении н дис­персии, а также ряд особых физических и оптических свойств. Например, исландский шпат (кальцит) обладает сильным двойным лучепреломлением, применяют в поляризационных при­борах.

Кристаллический кварц (горный хрусталь) имеет вы­сокую прозрачность в области длин волн от 0,18 до 10 мкм, вра­щает плоскость поляризации и обладает пьезоэффектом — способ­ностью электризоваться под действием механических нагрузок.

Флюорит в паре со фтористым литием дают очень хорошие оптические системы для ультрафиолетовой, а каменная соль — для инфракрасной областей спектра.

Германией и кремний в видимой области спектра пол­ностью не прозрачны, их применяют только для инфракрасной об­ласти спектра.

Все перечисленные оптические материалы применяют для из­готовления оптических деталей, работающих в проходящем свете.

Оптическая анизотропия кристаллов, как известно, объясняется их строением. Наличие определенного порядка периодичности в строении кристалла приводит одновременно к неравноценности различных направлений в кристалле. Существуют, однако, и некоторые исключения: например, кристаллы кубической системы оптически изотропны, так как в них все направления равноценны. В среде, характеризующейся хаотическим расположением составляющих ее элементов, направления всегда равноценны. Все коллоидные растворы при обычных условиях оптически изотропны вследствие полной хаотичности в расположении коллоидных частиц.

Выращивание кристаллов. Выращивание из раствора. Таким способом получают кристаллы вещества, образующих перенасыщенные растворы. В качестве раство­рителей применяют воду, органические вещества (ацетон, толуол и др.), а также щелочные растворы. Выращивание кристаллов из расплава. Этот процесс осуществ­ляется несколькими методами. По методу Киропулоса выращивают щслочно-галоидные кристал­лы из расплава (рис. 3.4). Исходная кристаллическая соль 3 расплавля­ется в цилиндрическом тигле 5 и нагревается до температуры, которая превышает температуру плавления на 100-120°. На поверхность пере­гретого расплава опускают закрепленный на охлаждаемом стержне 1 за­травочный кристалл и начинают медленно снижать температуру рас­плава. В определенный момент па границе раздела кристалл расплав за счет отвода теплоты через стержень создастся переохлаждение, и на затравке начинает расти монокристалл 2. Кристалл растет в радиальном направлении от затравки к стенкам тигля, не распространяясь в глубину. Когда диаметр кристалла достигает размеров, близких к внутреннему диаметру тигля, стержень с растущим кристаллом начинают медленно поднимать, следя за тем, чтобы фронт кристаллизации находился под поверхностью расплава. Для предотвращения испарения и образования окислов над поверхностью расплава внутри герметичного кварцевого сосуда 6 поддерживают почти атмосферное давление инертного газа. Заготовка или расплав вращаются с частотой 2 об/мин.

По методу Вернейля выращивают пламенной плавкой кристаллы с температурой плавления 1500 2500 °С: корунды, титанаты бария, стронция и др. При выращивании кристаллов рубина (рис. 3.5.) химически чистая окись алюминия АЬ0₃ с добавкой окиси хрома Сг₂0₃ в виде порошков с частицами размером 1-20 мкм загружается в бункер 2. Под действием встряхивающего устройства 1 порошок через сетчатое дно бункера по­падает в струю водородно-кислородного пламени горелки 3. Снизу че­рез муфель 6 вводится ориентированный затравочный кристалл 5.

Бла­годаря малым размерам частицы шихты расплавляются на лету и, попа­дая на затравочный кристалл, образуют расплавленный слой 4. Затрав­ка, медленно вращаясь, опускается, и по мере охлаждения расплава происходит кристаллизация и рост кристалла. Полученные кристаллы отжигают во избежание образования трещин и внутренних натяжений.

Методом зонной плавки (рис. 3.6) получают тугоплавкие кри­сталлы сапфира, граната и др.

В контейнер-лодочку 6 прямоугольной формы помещают затра­вочный кристалл 1 и поликристаллический стержень 5. С помощью на­гревателя 3 создают расплавленную зону 4, медленно сдвигают ее к за­травке, добиваясь полного оплавления затравки по торцу. Затем пере­мещают нагреватель в направлении от затравки и смещают зону распла­ва. На границе затравка - расплав 2 происходит переохлаждение и кри- сталлизация расплава. Процесс происходит в вакууме или в среде инертного газа. Лодочку изготовляют из графита, кварца или тугоплав­ких окислов алюминия. При зонной плавке кристалла происходит одно­временно очистка исходного вещества. Примеси ввиду разной раство­римости в жидкой фазе оттесняются в конец лодочки. Выращивание из газовой фазы. Тонкие монокристаллические пленки и нитевидные кристаллы получают этим методом. Кристаллиза­цию осуществляют сублимацией собственного пара вещества в закры­тых сосудах с градиентом температуры по зонам, либо путем транс­портных реакций, когда над нагретым веществом пропускают поток га­за, который захватывает образующиеся газообразные продукты реак­ции.При росте кристаллов в результате воздействия различных техно­логических факторов могут появляться нежелательные дефекты струк­туры. Малейшее отклонение от заданной температуры кристаллизации, изменение концентрации, скорости роста вызывает появление слоев, от­личающихся по составу и физическим свойствам, в том числе и по по­казателю преломления. Применение недостаточно чистого сырья при­водит к образованию включений и увеличению поглощения света.

Билет №8