Способ получения кристаллических заготовок из галогенидов серебра и их твердых растворов для инфракрасных волоконных световодов


 


Владельцы патента RU 2539348:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорапция по атомной энергии "РОСАТОМ" (RU)
Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" (RU)

Изобретение относится к улучшенному способу получения заготовок из галогенидов серебра и их твердых растворов для волоконных инфракрасных световодов, включающему нанесение на кристалл-сердцевину из галогенида серебра кристаллической оболочки из кристаллического галогенида серебра с показателем преломления, меньшим, чем у кристалла-сердцевины, и термическую обработку. При этом оболочку на кристалл-сердцевину наносят путем ионообменной диффузии в ионообменном источнике, в качестве которого берут мелкодисперсный порошок галогенида серебра крупностью 1-20 мкм, диффузию проводят при температуре, близкой к температуре плавления кристалла-сердцевины, в атмосфере смеси паров галогенов, входящих в состав материала кристалла и порошка, взятых в равном соотношении при давлении 0,2-0,5 атм. Способ позволяет снизить оптические потери световодов, работающих в инфракрасной области спектра. 2 пр.

 

Изобретение относится к области получения материалов прозрачных в инфракрасной области спектра 0,4-40 мкм, а именно кристаллов галогенидов серебра, которые могут быть использованы для изготовления оптических элементов инфракрасной, лазерной, акустооптической и волоконной техники.

Известен способ получения кристаллических заготовок из галогенидов серебра для экструзии волоконных световодов. Из кристалла галогенида серебра механически вырезают заготовку заданного размера, нагревают и выдавливают через фильеру световод (Патент США №5182790, опубл. 26.01.1993, МПК C30B 15/24, НПК 385/141).

Недостатком способа является получение световода с высокими оптическими потерями из-за незащищенности границы световод-окружающая среда. Такие световоды подвержены термической и ультрафиолетовой диссоциации галогенидов серебра. Внешняя полимерная оболочка таких световодов защищает только от механических воздействий и не снижает оптические потери.

Технической задачей изобретения является снижение оптических потерь световодов, работающих в инфракрасной области спектра.

Известен способ получения кристаллических заготовок из галогенидов серебра и их твердых растворов для экструзии волоконного световода, в котором заготовку для экструзии изготавливают из двух частей - кристаллической сердцевины и оболочки, выполненной в виде полого цилиндра из материала с меньшим показателем преломления, чем показатель преломления материала сердцевины. Перед экструзией обе части собирают в конструкцию типа «стержень в трубке», нагревают и механически обжимают для улучшения контакта стержня и внутренней поверхности трубки. Экструзию проводят при нагреве до размягчения частей заготовки и повышенном давлении. Получают заготовку оболочечного волоконного световода (И.С. Лисицкий, В.Ф. Голованов, Г.В. Полякова «Монокристаллы галогенидов серебра для волоконной оптики». Поверхность, рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. 2003, №7, с.22-25).

Недостатком способа является относительно высокие оптические потери в световоде, связанные с тем, что поверхность контакта стержень-оболочка не является оптической и чистой, на ней всегда находятся механические загрязнения: органика, поры, раковины.

Техническим результатом заявленного способа является снижение оптических потерь световода.

Технический результат достигается тем, что в способе получения заготовок из галогенидов серебра и их твердых растворов для волоконных инфракрасных световодов, включающем нанесение на кристалл-сердцевину из галогенида серебра кристаллической оболочки из кристаллического галогенида серебра с показателем преломления, меньшим, чем у кристалла-сердцевины, и термическую обработку, согласно изобретению оболочку на кристалл-сердцевину наносят путем ионообменной диффузии в ионообменном источнике, в качестве которого берут мелкодисперсный порошок галогенида серебра крупностью 1-20 мкм, диффузию проводят при температуре, близкой к температуре плавления кристалла-сердцевины, в атмосфере смеси паров галогенов, входящих в состав кристалла и порошка, взятых в равном соотношении при давлении 0,2-0,5 атм.

Сущность способа заключается в том, что, подвергая ионообменной диффузии кристалл галогенида серебра в ионообменном источнике, в качестве которого берут кристаллический мелкодисперсный порошок галогенида серебра крупностью 1-20 мкм, с меньшим показателем преломления, в кристалле-сердцевине образуется радиальный градиент химического состава, в результате чего получают радиальный градиентный слой показателя преломления в кристалле галогенида серебра, что предотвращает выход света за пределы заготовки и, следовательно, оптические потери.

При использовании в качестве ионообменного источника паров галогенидов серебра, из-за низкой концентрации ионов в газовой фазе, в кристаллической сердцевине не образуется градиент химического состава.

Использование в качестве ионообменного источника расплава галогенида серебра невозможно, так как температура расплава галогенида серебра с показателем преломления, более низким, чем у кристаллической сердцевины, значительно выше температуры расплавления сердцевины. Помещение сердцевины в расплав приводит к ее разрушению.

Проведение процесса диффузии при низкой температуре снижает скорость диффузии и производительность процесса.

Дисперсность порошка галогенида серебра более 20 мкм нарушает целостность и однородность образующегося градиентного слоя. Дисперсность менее 1 мкм затрудняет и усложняет работу по созданию градиентного слоя из-за токсичности и взрывоопасности мелкодисперсного порошка.

Проведение ионообменной диффузии при температуре плавления, близкой к температуре плавления кристалла галогенида серебра на воздухе или в вакууме, невозможно из-за диссоциации галогенида серебра и, следовательно невозможно получить градиентный слой показателя преломления в кристалле. Образующееся при разложении мелкодисперсное металлическое коллоидное серебро снижает спектральное пропускание кристалла на 90-99%, а образующегося при этом в газовой фазе галогена недостаточно для подавления диссоциации.

Для подавления диссоциации галогенидов серебра процесс диффузии ведут в смеси паров галогенов, содержащихся в составе твердого раствора галогенида серебра, взятых в равном соотношении при давлении 0,2-0,5 атм. Давления смеси галогенов в газовой фазе 0,1 атм недостаточно для подавления диссоциации галогенидов серебра. Создавать давление более 0,5 атм нецелесообразно из-за усиленного коррозионного разрушения элементов оборудования.

Примеры осуществления способа

Пример 1. В стеклянный контейнер из термостойкого боросиликатного стекла загружают цилиндрический кристалл бромида серебра диаметром 25 мм, длиной 100 мм, показатель преломления которого в рабочем диапазоне длин волн (0,4-12 мкм) составляет 2,21-2,30. Кристалл засыпают со всех сторон и механически уплотняют порошком мелкодисперсного хлорида серебра. Дисперсность порошка хлорида серебра составляет 10,0 мкм. Показатель преломления 1,90-2,00. Контейнер заполняют смесью паров галогенов - хлора и брома в соотношении 1:1 при давлении 0,3 атм и запаивают. Запаянный контейнер нагревают до температуры 410°C и выдерживают при этой температуре 200 часов. Из охлажденного до комнатной температуры контейнера извлекают кристалл, обрезают концы. Торцевые поверхности шлифуют, полируют и измеряют оптические и химические характеристики. Измерение градиента химического состава в полученном образце проводят химическим методом на содержание хлора и брома с точностью ±2% путем последовательного снятия слоев кристалла от образующей к центру. Химический состав слоев цилиндрической заготовки прилегающих к образующей составил от 20% бромида серебра - 80% хлорида серебра до 95% бромида серебра - 5% хлорида серебра на оси кристалла. Коэффициент преломления заготовки, измеренный с помощью рентгеновского микроанализатора "Comebax" (точность определения ±1,5%), составил от 2,29 по оси заготовки до 2,10 по образующей. Из полученной кристаллической заготовки методом экструзии изготовлен поликристаллический световод диаметром 1,0 мм, оптические потери в котором составили 0,05 дБ/м. Для сравнения, в экструдированном из исходной заготовки бромида серебра световоде с оболочкой из хлорида серебра (сердцевина/оболочка - 0,5/0,5 мм) оптические потери составили 0,3 дБ/м.

Пример 2. В стеклянный контейнер из термостойкого боросиликатного стекла загружают цилиндрический кристалл твердого раствора хлорида - бромида серебра состава: 25% масс. хлорида серебра - 75% масс. бромида серебра диаметром 18 мм, длиной 100 мм, показатель преломления которого в рабочем диапазоне длин волн (0,4-12 мкм) составляет 2,18-2,19. Кристалл засыпают со всех сторон и механически уплотняют порошком мелкодисперсного хлорида серебра. Дисперсность порошка хлорида серебра составляет 20,0 мкм. Показатель преломления 1,90-2,00. Контейнер заполняют смесью паров галогенов - хлора и брома в соотношении 1:1 при давлении 0,4 атм и запаивают. Запаянный контейнер нагревают до температуры 400°C и выдерживают при этой температуре 200 часов. Из охлажденного до комнатной температуры контейнера извлекают кристалл, обрезают концы. Торцевые поверхности шлифуют, полируют и измеряют оптические и химические характеристики. Измерение градиента химического состава в полученном образце проводят химическим методом на содержание хлора и брома с точностью ±2% путем последовательного снятия слоев кристалла от образующей к центру. Химический состав слоев цилиндрической заготовки прилегающих к образующей составил от 60% бромида серебра - 40% хлорида серебра до 70% бромида серебра - 30% хлорида серебра на оси кристалла. Коэффициент преломления заготовки, измеренный с помощью рентгеновского микроанализатора "Comebax" (точность определения ±1,5%), составил от 2,20 по оси заготовки до 2,09 по образующей. Из полученной кристаллической заготовки методом экструзии изготовлен поликристаллический световод диаметром 1,0 мм, оптические потери в котором составили 0,01 дБ/м. Для сравнения, в экструдированном из исходной заготовки хлорида - бромида серебра состава: 25% масс. хлорида серебра - 75% масс. бромида серебра световоде с оболочкой из хлорида серебра (сердцевина/оболочка - 0,5/0,5 мм) оптические потери составили 0,3 дБ/м.

Как видно из приведенных примеров, предложенный способ позволяет создать кристаллическую заготовку для экструзии волоконного световода с радиальным градиентом показателя преломления без дефектной, подверженной возможности загрязнения внутренней поверхности конструкции "стержень в трубке", что значительно снижает оптические потери в экструдированном волоконном световоде.

Способ получения заготовок из галогенидов серебра и их твердых растворов для волоконных инфракрасных световодов, включающий нанесение на кристалл-сердцевину из галогенида серебра кристаллической оболочки из кристаллического галогенида серебра с показателем преломления, меньшим, чем у кристалла-сердцевины, и термическую обработку, отличающийся тем, что оболочку на кристалл-сердцевину наносят путем ионообменной диффузии в ионообменном источнике, в качестве которого берут мелкодисперсный порошок галогенида серебра крупностью 1-20 мкм, диффузию проводят при температуре, близкой к температуре плавления кристалла-сердцевины, в атмосфере смеси паров галогенов, входящих в состав материала кристалла и порошка, взятых в равном соотношении при давлении 0,2-0,5 атм.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области волоконных световодов, стойких к воздействию ядерного и/или ионизирующего излучения. Волоконный световод получают методом химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов.

Изобретение относится к сенсорной системе, содержащей волновод. На части волновода содержится дифракционная решетка.

Изобретение относится к волоконной оптике. Фотонно-кристаллический волновод гексагональной формы содержит оболочку и полую сердцевину, в которую введен мультислой капилляров.

Изобретение относится к оптоволоконной технике и может быть использовано в производстве микроструктурированных волоконных световодов, используемых в оптических усилителях, лазерах, спектральных фильтрах и телекоммуникационных сетях.

Изобретение относится к области измерений кинематических параметров движущейся поверхности в быстропротекающих процессах. Технический результат - обеспечение возможности производить измерения кинематических параметров фиксированного участка (точки) движущейся поверхности.
Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано для изготовления анизотропных одномодовых волоконных световодов. Согласно способу получают цилиндрическую заготовку MCVD методом, которая содержит сердцевину, низковязкую напрягающую оболочку и конструктивную оболочку.

Изобретение относится к инфракрасным световодам с большим диаметром поля моды. Световод включает сердцевину и оболочку, состоящую из стержней, расположенных в гексагональном порядке.
Изобретение относится к волоконно-оптическим системам связи, а именно к одномодовым двухслойным кристаллическим инфракрасным (ИК) световодам для спектрального диапазона от 2 до 50 мкм.

Изобретение относится к области оптоволоконной связи. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля качества световодов с непрозрачной защитной оболочкой и одним недоступным торцом ввода-вывода излучения.

Изобретение может использоваться в многослойных комбинированных покрытиях зеркальных космических антенн с рефлекторами из полимерного композиционного материала - углепластика.

Изобретение относится к монокристаллу со структурой типа граната, который может быть использован в оптической связи и устройствах для лазерной обработки. Данный монокристалл представлен общей формулой (Tb3-xScx)(Sc2-yAly)Al3O12-z, где 0<x<0,1; 0≤y≤0,2; 0≤z≤0,3, является прозрачным и способен ингибировать образование трещин в процессе резки.

Изобретение относится к иммерсионной жидкости, которая может быть использована в оптическом приборостроении для контроля оптических параметров неорганических материалов и оптических деталей, в том числе крупногабаритных изделий сложной формы.

Изобретение относится к абсорберам видимого света, в частности к новым мономерам азосоединений, в особенности применимым для использования в материалах для имплантируемых офтальмологических линз.

Офтальмологическая линза свободной формы содержит первый участок оптической зоны, содержащий множество вокселов полимеризованного способного к поперечной сшивке материала, содержащего фотопоглощающий компонент.

Изобретение относится к области получения слоистых материалов, используемых в тонкопленочных приборах и устройствах. Изобретение предлагает выравнивающую пленку, включающую выравнивающий слой, содержащий связующую полимерную смолу и неорганический наполнитель в качестве компонентов, по меньшей мере на одной стороне прозрачного полимерного основания.

Группа изобретений относится к производству монокристалла алюмотербиевого граната, который может быть использован в качестве фарадеевского вращателя для оптических изоляторов.

Изобретение относится к полимерам для получения ионных силиконовых гидрогелей, пригодным для изготовления офтальмологических устройств. Предложены полимеры, полученные из реакционно-способных компонентов, в состав которых входит по меньшей мере один силиконсодержащий компонент, включающий по меньшей мере одну триметилсилильную группу, и по меньшей мере один ионный компонент, в состав которого входит по меньшей мере одна анионная группа, представляющий собой содержащий карбоновую кислоту компонент.
Изобретение относится к офтальмологическим устройствам и способам их изготовления. Предложена мягкая силиконовая гидрогелевая контактная линза, которая обладает способностью доставлять гидрофобный обеспечивающий комфорт агент (фосфолипид, гликолипид, глицерогликолипид, сфинголипид, сфингогликолипид, жирный спирт, содержащий от 8 до 36 атомов углерода, или их смесь) в глаз пользователя, постепенно высвобождая его из полимерной матрицы, состоящей из гидрофобных звеньев, образованных из кремнийсодержащего мономера или макромера, и гидрофильных звеньев, образованных из гидрофильного мономера или макромера, во время ношения.

Устройство содержит основание и множество выпуклых или вогнутых структурных элементов, расположенных на поверхности основания с шагом, равным или меньше, чем длина волны видимого света.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов лантангаллиевого танталата алюминия, обладающего пьезоэлектрическим эффектом, используемым для изготовления устройств на объемных и поверхностных акустических волнах.
Наверх