 |
Лазерные стекла. Химические составы, свойства и технология получения.
|
|
|
|
Свойства: усиливают энергию излучения, х-ся высокой когерентность,монохроматичностью.Для получения лазерных стекол в их состав вводят активные компоненты,должны быть не заполнены 4f- орбитали и они должны быть экранированы от окружающих ионов заполнены 5f 5d орбитали.Активные компоненты:Nb+3(тип стекла K-Ba-Si, Na-Ca-Al- Si), Tb +3(боратные), Ho +3(Mg-li- Al-Si), Er +3, Tm+3, Ib +3(Ca-Li- B).
1-источник возбуждения,2- стержень с активным в-вом, 3- резонаторы(зеркала),4- электрический отражатель.Принцип действия: под двием мощного излучения происходит возбуждение активных ионов,которые равномерно распределены в 2 стержне, под действием возб излучения электроны в активных ионах переходят с основного энергетичесого уровня на более высокий и поглощаются в нестабильном состоянии.Переход сопроваждается мощным когерентным монохроматическим излучением. Излучение обладает мощной энергией по отношению к поглощающей. Резанатор образует лазер предназначенный для усиления излучения,стимулированного при достижении определенной мощности проходящей через полупроводниковое зеркало резонатора.Преимущества стекол по отношению к другим материалом для изготовления твердотельных лазеров: 1.сравнительно простая технически(любая форма размеры).2. высокая оптическая однородность.3. возможность введения высоких концентраций активных в-в.4. возможность выравнивания физико- химических и теплофизических свойствза счет изменения состава стекла. Первые лазеры на основе рубина.Составы стекол: SiO2-71,0, Ai2O3 – 1,0, Sb2O3- 0,8,K2O- 0,2, Nd2O3-10, Na2O -15,0.CaO-12.Кроме силикатных стекол используют и другие системы: боратные стекла: B2O3- 70, CaO-10, Li2O-10, Nd2O3-3,5.фосфатные стекло –P2O5 -72, Al2O3 – 8, Li20-6,Na2O-14. И германотные стекла. Силикатные стекла отличаются от других высокой хим стойкостью и механической прочностью.В боратных и фосфатных х-ся наиболее узкими полосами(создают излучения высокой мощности). Оксид ниодима как активный элемент поглощает излучение в видимой части спектра 570-590 нм и ближней Ик-области.Клазерному стеклу предъявляется требования по однородности, по прозрачности, допустимое отклонение в показателе преломления не более 2*10-6.Варка идет при 1400- 1500 С,боратных -900-1000С.выработка в блок, который разрезают на заготовки.
|
|
|
18. Стекловолоконная оптика. Световоды. Передача излучения оптического диапазона. Явление полного внутреннего отражения. Затухание сигнала в волокне, его причины.
Способность стеклянного волокна передавать оптические излучения основанных на явлении полного внутреннего отражения.
, 
- угол при котором все лучи будут отражаться(критический угол),а n-показатель преломления стекла.Интенсивность отражающего света составит 99,9% весь свет падает на границу раздела при угле >критического весь отражается.Оптическое волокно состоит из световедущей жилыи одной (двух) светоотражающей и светозащитной оболочки.
1- Световедущая жила,2- светоотражающая жила, 3- светозащитная жила.
Световедущая жила предназначена для передачи световой энергии.Светоотражающая оболочка предупреждает потери световой энергии и лучшей оптической изоляции.Светозащитная предохраняет оптическое волокно от разных повреждений, а также служит для поглощения излучения которое вышло из световедущей оболочки.Классифицируют по: 1.по характеру изменения показателя преломления волокна – со ступенчатым и непрерывным,-2.по числу мод (количество траекторий лучей) – одноходовые и многоходовые.
Марки
1- Многоходовое со ступенчатым показателем преломления,2- многоходовой непрерывное, 3- одноходовой ступенчатый.
Поглощение в световоде связанно с физико-химическими свойствами материала и обусловлены наличием примесей в составе стекла, поглощение ионами перехрдных металлов.Поглощение излучения самим стеклом связанны с колебательным или электронными переходами.
|
|
|
Наличие неоднородностей при получении оптического волокна и вызывает возникновение релеевского рассеивания. Потер при прохождении света через волокно х-ся величиной затухания световой энергии.
, где Рвых и Рвх-мощность излучения на входе и на выходе.Световод х-ся числовой апертурой- х-т максимальный угол под которым световод может входить в излучение.
, где n1,n2- показатели преломления стекла световедущей и оболочки. Если A>1 то все излучение будет передано.
Из оптического волокна изготавливают кабели, волокноооптические пластины, используют в электронно-оптических приборах, твисттеры(поворотники).
19. Составы стекол для оптических волокон. Технология изготовления оптических волокон.
Составы стекол: для световедущей жилы увеличивают показатель преломления: флинты, тяжелые флинты, тяжелые бариевые флинты, сверхтяжелые флинты(n=1,52-2,05).Марки ТБФ-10: SiO2-16, B2O3-12,1, BaO-29, La2O3-17,6, TiO2-12,5, ZrO2-3,8,Nb2O5-3,7, CdO-3,7.Для светоотражающей оболочки:с низким показателем преломления:кроны, легкие кроны, тяжелые кроны, фосфатные кроны.
SiO2-64-69, B2O3-12-25, Al2O3-2-4, BaO-1-2, MgO- 0,5, CaO-1,5, TiO2-0,5, Na2O-5-9, K2O-6-10/
Способы получения оптического волокна: 1.ситабиновый способ- получают из заготовки, которая представляет из себя стеклянную калиброванную трубку внутрь которой вставили штабик из стекла с другим показателем преломления(показатель штабика больше чем трубки).необходимый диаметр подбирают меняя толщину стержня и трубки, решаемая вытягиванием волокна. Недостатки: наличие царапин на трубке, чтобы уменьшить кол-во дефектов вытягивают волокно в вакууме.
2.Вытягивание волокон из 2х каоксиально расположенных сосудов:
Недостатки: не высокая однородность оптическая изменение хим состава стекла в рез=те плавления сосудов.
3. Волокно без оболочки получают различными спосабами:
калия из расплава переходят в стекло.В рез-те ионного обмена показатель преломления непрерывно меняется от центра к переферии что обеспечивает требуемый профиль распределения показателя преломления по сечению волокна.
|
|
|
Недостатки: длительность процесса, не позволяет получать волокно большой длины.
4. химически-парафазное окисление: метод заключается в осождении смеси хлорида кремния и кислорода в паровой среде с добавлением высоколетучих соединений: хлорида титана, хлорида германия.
Получение: парогазовая смесь осождается на внутренней повнрхности кварцевой трубки, трубка разогревается до т-ры 1850, после достижения заданной толщины осождающего слоя трубку разогревают до 2000 С охлопывание трубки в цилиндр-заготовка для получения стеклянного волокна.
Технологическая схема получения волокно-оптических изделий: Стекло для оболочки и световедущей жилы подается на вытягивание одножильных световодов, затем одножильные световоды собирают в пакеты, установка перетяжки пакетов, далее виброукладка многожильных световодов, прессование волокнистых блоков, обжиг оптических деталей, резка блоков на заготовки, механическая обработка(шлифование, полирование), контроль.
|
|
|
