Справочник технолога-оптика - Окатов М.А.
ISBN 5-7325-0236-Х
Скачать (прямая ссылка):
В пределах каждой марки имеются сорта сырья: экстра, первый, второй, третий. Кроме того, выделяется уникальный сорт, не рассеивающий свет гелиево-неонового лазера. Разделение по четырем сортам производится по светопропусканию, свильности, включениям, наличию двойников роста.
Исландский шпат легко раскалывается по плоскостям спайности, поэтому при работе с ним не допускаются перепады температур более 1 °С в минуту. Твердость по шкале Мооса — 4, плотность — 2,7 г/см3. Оптическая прочность исландского шпата для обыкновенного луча высокая, в два раза выше, чем у стекла К8.
1.13. КРИСТАЛЛЫ ДЛЯ ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА
В связи с развитием длинноволновой инфракрасной, в том числе лазерной, оптотехники заметно увеличилась группа кристаллов, используемых в этой области.
В 1940-х годах А. Смакула в Германии вырастил монокристаллы из расплавов таллия бромистого и таллия иодистого, а также таллия бромистого и таллия хромистого, назвав их просто кристаллами из расплава (Kristalle aus dem Schmelzfluss), откуда и
37
пошло их название КРС. Кристаллы обладают высокой прозрачностью в диапазоне от 0,6 до 40 мкм, малорастворимы в воде, легко режутся. Небольшая механическая прочность является существенным их недостатком. Температура плавления КРС составляет 423 °С. Ряд зарубежных оптических фирм применяют призмы из кристаллов КРС в призменных инфракрасных спектрофотометрах для работы в области 28-40 мкм. Температурный коэффициент линейного расширения КРС в интервале 20-100 °С составляет 490- 10-7 °q-i_ Показатель преломления для Х = 2 мкм равен 2,20.
Промышленностью налажен выпуск крупногабаритных кристаллов высокого оптического качества диаметром до 150 и высотой до 70 мм [1.9]. Максимально достигнутые значения лучевой прочности на длине волны 10,6 мкм составляют 80 МВт/см2.
Сравнительно новым кристаллом для оптики является селе-нид цинка (ZnSe), потребность в котором возникла в связи с увеличением габаритных размеров и мощности лазеров на С02 с рабочей длиной волны 10,6 мкм. Некоторые физико-химические свойства ZnSe приведены в табл. 1.24. В лазерах на С02 в режиме непрерывной генерации селенид цинка выдерживает лучевую нагрузку в несколько киловатт на квадратный сантиметр (107 Вт/см2).
Кристаллы германия (Ge) часто используют в оптических системах лазеров на С02 благодаря их высокой теплопроводности —
58,5 Вт/(м • °С). Германий прозрачен от 2 до 23 мкм, поглощение при 10,6 мкм может быть доведено легированием до 0,015 см-1. Поглощение германия чрезвычайно резко возрастает при температурах, превышающих 400 °С. Это связано с высокой подвижностью носителей в германии и с большой температурной зависимостью концентрации носителей (при 20 °С в 1 см3 их содержится 1013, при 400 °С - 1017). Германий водоустойчив и допускает прямое охлаждение водой. Плотность германия 5,323 г/см3. Значение TKJIP a(t) составляет 61 • 10-7 °С-1. Температура плавления 937 °С; показатель преломления для длины волны 10,6 мкм равен 4,0028; твердость по сошлифовыванию 0,7.
Некоторые оптические фирмы США рекомендуют использовать алмаз в качестве материала оптических элементов лазеров на С02. Поглощение алмаза при X = 10,6 мкм не так уж мало (0,01 см-1); он обладает высокой теплопроводностью (в 4 раза лучше, чем у металлического серебра), что позволяет пропускать через алмазные окна световые потоки до 1 МВт/см2. Вот некоторые свойства алмаза как оптического материала: показатель преломления для X = 10,6 мкм — 2,41; область пропускания 0,2-2,0 мкм и 6,5-100 мкм (в диапазоне 2,0-6,5 мкм широкая полоса поглощения); TKJIP a(t) = 10,5 • 10~7 °С-1; плотность 3,5 г/см3.
38
1.14. КРИСТАЛЛЫ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
В современной оптике широко применяются активированные кристаллы для генерации лазерного излучения. Первым из них был рубин — оксид алюминия, легированный хромом в концентрации около 0,025 %. Широкое распространение рубиновых лазеров объясняется тем, что они помимо специфической длины волны излучения обладают большой мгновенной мощностью, высокой спектральной яркостью, достаточной направленностью излучения, возможностью наблюдения, фотографирования на обычные фотоматериалы и регистрации малоинерционными фотоприемниками в области их максимальной спектральной чувствительности. Рубин как активное тело обладает рядом положительных свойств: узкой полосой люминесценции (которая может быть еще сужена на порядок глубоким охлаждением) и в связи с этим большим коэффициентом усиления, возможностью непрерывно и точно регулировать длину волны генерируемого излучения изменением температуры, большой механической прочностью, высокой теплопроводностью и отсутствием фотохимического старения под действием излучения накачки или генерации. Все это позволяет создавать надежные и мощные лазеры с хорошей воспроизводимостью параметров.
Приняты следующие условные обозначения рубиновых активных элементов: Р — без наконечников; PJI — с лейкосапфировыми наконечниками; РЛС —¦ с наконечниками со скошенным торцом; РЛ1Б — с одним скошенным под углом Брюстера торцом; РЛ2Б — с двумя скошенными под углом Брюстера торцами.
