Оптические материалы для инфракрасной техники - Аскоченский А.А.
Скачать (прямая ссылка):
СТЕКЛООБРАЗНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Весьма распространенными оптическими материалами для инфракрасной техники являются стеклообразные материалы, представляющие собой затвердевшие расплавы аморфного строения. Стеклообразные материалы обладают некоторыми преимуществами по сравнению с кристаллами. Во-первых, стеклообразные материалы, как правило, отличаются высокой оптической однородностью и из них можно изготовлять детали достаточно больших размеров, удовлетворяющие в оптическом отношении самым высоким требованиям. Во-вторых, стекла, в отличие от кристаллов, по обладают спайностью и поэтому отличаются повышенной стойкостью к механическим ударам,они также имеют большую поверхностную твердость. В-третьих, большинство стекол устойчиво к воздействию атмосферы. Кроме того, процессы получения и отжига стекол значительно проще процессов выращивания и отжига кристаллов.
Однако диапазон прозрачности стекол в инфракрасной области спектра ограничен и но разнообразию оптических свойств стекла не могут конкурировать с кристаллическими материалами. Необходимо отметить, что существующие стекла, за немногим исключением, не пригодны для использования при высоких температурах, что также ограничивает возможности их применения.
Оптические характеристики стекол (прозрачность, величина показателя преломления, дисперсия) в основном зависят от состава 12 I. Оптические материалы для инфракрасной, техники
стекла и условий его получения. Прозрачность стекол в инфракрасной области спектра определяется характеристическими колебаниями их соответствующих структурных комплексов. Условия получения определяют присутствие в стеклах воды и углекислого газа, которые вызывают появление полос поглощения, соответственно, у 2,7—3 и 4,2 ми. Эти полосы можно элиминировать, если проводить варку стекол в вакуумных исчах или продувать через расплав сухой воздух. На пропускание стекол сильно влияет присутствие некоторых примесей. Так, например, соединения железа резко уменьшают прозрачность стекол, в частности, появляется полоса поглощения у 1,25 .к/г, связанная с окисью железа.
В инфракрасной технике используются как давно разработанные виды стекол, так и полученные в последние годы.
В зависимости от вида кислотных окислов, входящих в стекла, последние подразделяются на ряд главных типов, наиболее распространенными из которых является силикатное стекло, состоящее главным образом из двуокиси кремния SiO2. Предельным случаем силикатного стекла является кварцевое стекло (плавленый кварц), COCTOHntee исключительно из двуокиси кремния. Ото стекло обладает хорошим пропусканием до —$,5 мк и превосходными термомехапнче-СКІНШ характеристиками.
Силикатные стекла по оптическим свойствам можно условно разделить па кроны и флинты. Кроны — оптические стекла с небольшим показателем преломления и повышенным коэффициентом дисперсии, флинты — оптические стекла с высоким показателем преломления и меньшим коэффициентом дисперсии.
Кроны являются боросиликатными стеклами и состоят главным образом из двуокиси кремния SiO2 и борного ангидрида В20з. В некоторые виды кронов добавляется значительное количество окиси бария BaO (баритовые и тяжелые кроны). Кроны хорошо пропускают инфракрасное излучение до — 3 мк, а некоторые виды кронов и небольшой толщине прозрачны для излучения до ~Г> мк. Эти стекла могут быть использованы при температурах 600 -700° С.
Флинты состоят главным образом из двуокиси кремния и окиси свинца PbO. Флинты хорошо пропускают инфракрасное излучение до ~.'3 мк. Флинты, как н кроны, в небольшой толщине пропускают излучение до ~5„«/г. Также прозрачно до ~ 3,5 мк термостойкое стекло «пирекс», состоящее в основном из SiO2 и В20з. В зависимости от состава стекол изменяются значения их показателя преломления. Так, в различных сортах флинтов величина показателя преломления при 1 мк изменяется от 1,6 до 1,87, причем прозрачность при этом меняется в незначительной степени. Следует отметить, что при очень 13 I. Оптические материалы для инфракрасной, техники
малых толщинах (порядка 5—25 мк) стекла весьма прозрачны и для более длинноволнового инфракрасного излучения.
Для расширения диапазона прозрачности стекол двуокись кремния SiO2 в кислородных стеклах заменяется на другие окислы, характеристические колебания которых находятся в более длинноволновом участке спектра и которые, кроме того, обеспечивают получение достаточно устойчивых стекол из расплава без кристаллизации. Так, вместо SiO2 в состав стекол были введены GeO2, TeO2, TeO3, Sb2O:!, Al2O3, Bi2Os, Ca2O3, TiO2 и др. Выли получены германатные, антимонатпые, теллуритовые и теллуратовые стекла. Германатные стекла пропускают инфракрасное излучение до ~ G мк и устойчивы до ~ 475° С. Теллуритовые и теллуратовые стекла (со сравнительно большим содержанием РЬО) прозрачны также приблизительно до G мк, имеют точку размягчения около 450° С и вполне удовлетворительные термомеханические свойства.
Весьма интересными свойствами обладают стекла на основе аллю-мината кальция, основными компонентами которого являются GaO и Al2O3. Прозрачность отих стекол доходит до (> лк, они обладают хорошими термомеханическими свойствами до 800° С.
