Оптический монокристалл
Владельцы патента RU 2288489:
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственный центр "Инфракрасная волоконная оптика" (RU)
Изобретение относится к оптическим материалам, конкретно к монокристаллам для видимого и инфракрасного (ИК) диапазона спектра, которые применяются для получения ИК-световодов, используемых в лазерной технике, ИК-волоконной и нелинейной оптике, низкотемпературной ИК-пирометрии, ИК-спектроскопии. Монокристалл на основе твердого раствора AgCl-AgBr содержит дополнительно две изовалентные примеси, т.е. примеси одинаковой валентности, одна из которых является катионной - одновалентный таллий, а другая анионной - йод. Монокристалл содержит иодид серебра - 0,5-1,5 мас.% и иодид одновалентного таллия - 1,0-3,0 мас.% при содержании хлорида серебра 18,0-22,0 мас.% и бромида серебра 77,5-76,5 мас.%. В результате наличия Agl и TLI оптический монокристалл имеет улучшенные физико-химические свойства: расширяется диапазон прозрачности, повышается твердость и лучевая прочность, при этом повышается устойчивость к видимому, ультрафиолетовому, инфракрасному и радиационному излучениям.
Изобретение относится к оптическим материалам, конкретно к монокристаллам для видимого и инфракрасного (ИК) диапазона спектра, которые применяются для получения ИК-световодов, используемых в лазерной технике, ИК-волоконной и нелинейной оптике, низкотемпературной ПК-пирометрии, ИК-спектроскопии. Монокристаллы обладают различными физико-химическими свойствами.
Основными свойствами является их прозрачность (спектральное пропускание) в широком диапазоне спектра, устойчивость к видимому, ультрафиолетовому и инфракрасному излучениям, твердость, радиационная и лучевая прочность.
Известны монокристаллы из хлористого натрия (Акустические кристаллы, под редакцией М.П.Шаскольской, Справочник. М.: Наука, гл. редакция физико-химической литературы, 1982, с.54-73), прозрачные от 0,2 до 17 мкм, т.е. от видимой области до среднего ИК - диапазона спектра, но эти монокристаллы хорошо растворимы в воде, поэтому применять их без специальной защиты невозможно. Кроме того, они имеют невысокую твердость: 15,2-18,2 кг/мм2.
Известны монокристаллы из хлористого серебра и бромистого серебра (Акустические кристаллы. Справочник, 1982, с.118-125). Недостатком их является ограниченный диапазон прозрачности - от 2 до 15 мкм, неустойчивость к видимому и ультрафиолетовому излучению, а следовательно, низкая радиационная и лучевая прочность.
Наиболее близким техническим решением является монокристалл КРС-13 состава в % по массе: 65% бромистое серебро и 35% хлористое серебро (Е.Н.Воронкова, Б.Н.Гречушников, Г.И.Дистлер, И.П.Петров. Оптические материалы для инфракрасной техники. Справочное издание. М.: Наука, 1965, с.137). Но монокристаллы твердых растворов галогенидов серебра указанного состава также имеют ограниченный диапазон прозрачности - от 2 до 15 мкм, малую твердость по Кнупу (17 кг/мм) и лучевую стойкость (˜40 кВт/см2 при непрерывном излучении СО2-лазера и диаметре пучка 0,5 мм), а также монокристаллы неустойчивы к видимому, ультрафиолетовому и радиационному излучениям.
Задачей изобретения является создание монокристалла на основе твердых растворов галогенидов серебра, прозрачных в широком диапазоне спектра, устойчивых к видимому, ультрафиолетовому, инфракрасному и радиационному излучениям, механически прочных, т.е. обладающих повышенной твердостью и лучевой прочностью.
Поставленная задача решается за счет того, что оптический монокристалл на основе твердого раствора хлорид-бромида серебра содержит иодид серебра и иодид одновалентного таллия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Хлорид серебра | - 18,0-22,0; |
| Бромид серебра | - 77,5-76,5; |
| Иодид серебра | - 1,5-0,5; |
| Иодид одновалентного таллия | - 3,0-1,0. |
Новые монокристаллы обладают следующими преимуществами.
1. Диапазон прозрачности, т.е. спектральное пропускание составляет от 0,35 до 40 мкм.
2. Устойчивы к видимому, ультрафиолетовому, инфракрасному и радиационному излучениям, т.е. монокристалл не разрушается при прохождении через него указанных излучений.
3. Твердость кристаллов по Кнупу - 25-30 кг/мм2.
4. Лучевая прочность - 120-130 кВт/см2 при непрерывном излучении СО2-лазера и диаметре пучка - 0,5 мм.
Сущность изобретения состоит в том, что известные монокристаллы на основе твердого раствора AgCl-AgBr, применяемы в ИК-технике, содержат дополнительно иодид серебра в количестве 0,5-1,5 мас.% и иодид одновалентного таллия в количестве 1,0-3,0 мас.%. Наличие в указанных кристаллах Agl и TLI на уровне процентного содержания образует новый оптический монокристалл с улучшенными физико-химическими свойствами: расширяется диапазон прозрачности, повышается твердость и лучевая прочность при этом монокристалл не разрушается под действием видимого, ультрафиолетового, инфракрасного и радиационного излучений. Такой эффект достигается за счет того, что в кристалл твердого раствора AgCl-AgBr вводится две изовалентные примеси, т.е. примеси одинаковой валентности, одна из которых является катионной - одновалентный таллий, а другая анионной - йод [П.В.Ковтуненко. Физическая химия твердого тела. М.: Высшая школа, 1993, с.143-182]. В результате получается сложного состава кристалл с дефектами, которые определяют его физико-химические свойства (см. примеры 1-3). Введение в твердые растворы хлорид-бромида серебра, иодида серебра и иодида одновалентного таллия достигается специальной технологией.
При уменьшении содержания иодида серебра в кристаллах менее 0,5% по массе и иодида одновалентного таллия менее 1,0% по массе (см. пример 4) ограничивается диапазон прозрачности, понижается твердость и лучевая прочность, а также кристалл становится неустойчивым к ультрафиолетовому и радиационному излучениям. В случае увеличения содержания иодида серебра в кристаллах более 1,5% по массе и иодида одновалентного таллия более 3,0% (см. пример 5) ограничивается диапазон прозрачности, уменьшается лучевая прочность и кристалл разлагается под действием ультрафиолетового излучения.
Пример 1.
Методом Бриджмена вырастили монокристалл, содержащий в мас.%:
| хлорид серебра | - 18,0. |
| бромид серебра | - 77,5; |
| иодид серебра | - 1,5; |
| иодид одновалентного таллия | - 3,0. |
После оптической обработки измерили спектральное пропускание, твердость и лучевую прочность монокристалла. Спектральное пропускание составило - от 0,35 до 40 мкм; твердость по Кнупу - 30 кг/мм2, лучевая прочность - 120 кВт/см2. Монокристалл не разрушается при прохождении через него видимого, инфракрасного, ультрафиолетового и радиационного излучений.
Пример 2.
Вырастили монокристалл состава в мас.%:
| хлорид серебра | - 22,0. |
| бромид серебра | - 76,5; |
| иодид серебра | - 0,5; |
| иодид одновалентного таллия | - 1,0. |
Монокристалл оптически обработали и измерили.
1. Диапазон прозрачности, который соответствует области от 0,35 до 40 мкм.
2. Твердость по Кнупу, равную 25 кг/мм2.
3. Лучевую прочность - 130 кВт/см2.
Монокристалл не разрушается под действием указанных в примере 1 излучений.
Пример 3.
Вырастили монокристалл состава в мас.%:
| хлорид серебра | - 20,0. |
| бромид серебра | - 77,0; |
| иодид серебра | - 1,0; |
| иодид одновалентного таллия | - 2,0. |
Измерили оптические характеристики, указанные в примере 1: спектральное пропускание составило от 0,35 до 40 мкм; твердость по Кнупу - 27 кг/мм2; лучевая прочность - 128 кВт/см2. Под действием видимого, инфракрасного, ультрафиолетового и радиационного излучений монокристалл не разрушается.
Пример 4.
Методом Бриджмена вырастили монокристалл, содержащий в мас.%:
| хлорид серебра | - 22,0. |
| бромид серебра | - 77,0; |
| иодид серебра | - 0,3; |
| иодид одновалентного таллия | - 0,7. |
Кристалл оптически обработали и измерили: диапазон прозрачности, который составил 0,5 до 25 мкм, твердость по Кнупу - 20 кг/мм2, лучевая прочность - 90 кВт/см2. Кристалл устойчив к видимому и инфракрасному излучениям, но под действием ультрафиолетового и радиационного излучений разлагается с выделением серебра и окисных соединений серебра.
Пример 5.
Методом Бриджмена вырастили монокристалл, содержащий в мас.%:
| хлорид серебра | - 18,0. |
| бромид серебра | - 76,5; |
| иодид серебра | - 2,0; |
| иодид одновалентного таллия | - 3,5. |
Кристалл оптически обработали и измерили свойства как в примере 1. Спектральное пропускание составило - от 0,5 до 30 мкм; твердость по Кнупу - 25 кг/мм2; лучевая прочность - 90 кВт/см2. Кристалл устойчив к инфракрасному, видимому и радиационному излучениям, но разлагается под действием ультрафиолетового излучения.
Технический результат позволяет получать монокристаллы на основе твердых растворов AgCl-AgBr оптимального состава и содержащих дополнительно в определенном количестве AgJ и TlJ, которые прозрачны в широком диапазоне спектра, устойчивы к видимому, ультрафиолетовому, инфракрасному и радиационному излучениям, обладающих повышенной твердостью и лучевой прочностью.
Оптический монокристалл, включающий твердый раствор хлорид-бромида серебра, отличающийся тем, что он дополнительно содержит иодид серебра и иодид одновалентного таллия при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Хлорид серебра | 18,0-22,0 |
| Бромид серебра | 77,5-76,5 |
| Иодид серебра | 1,5-0,5 |
| Иодид одновалентного таллия | 3,0-1,0 |
