CC BY
22DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-78-79
КРИСТАЛЛЫ СИСТЕМЫ AgBr - Agi ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНФРАКРАСНЫХ СВЕТОВОДОВ
Салимгареев Д.Д.1, Южакова А.А.1, Львов А.Е.1, Жукова Л.В.1*, Шатунова Д.В.1,
Шмыгалев А.С.2
'Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, г. Екатеринбург
2Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук,
г. Екатеринбург E-mail: [email protected]
В последние десятилетия развитие волоконной оптики напрямую связано с разработкой новых материалов. Актуальными являются материалы прозрачные в среднем (от 2,0 до 50,0 мкм) и дальнем (до 100,0 мкм) ИК диапазонах. Помимо этого, данные материалы должны быть негигроскопичными, пластичными, не обладать эффектом спайности, а также быть устойчивыми к ультрафиолетовому (УФ) и ионизирующему излучениям. Такие материалы находят широкое применение в дистанционной ИК спектроскопии, лазерной эндоскопической и диагностической медицине, низкотемпературной ИК пирометрии, для передачи мощного излучения CO (5,3-6,2 мкм) и CO2 лазеров (9,2-11,4 мкм), создания волоконных лазеров, усилителей и различных волоконно-оптических систем, в том числе работающих в условиях повышенного радиационного фона. Всем этим требованиям отвечают новые разработанные авторами работы кристаллы системы AgBr - Agi.
Для разработки режимов синтеза сырья и выращивания кристаллов в литературных источниках были найдены фазовые диаграммы системы AgBr - Agi [1, 2]. Однако по данным диаграммам было затруднительно подобрать необходимые режимы, поскольку они существенно отличаются между собой. Ввиду этого, применяя дифференциально-термический и рентгенофазовый анализы были проведены исследования по уточнению данной фазовой диаграммы. Результаты исследований подробно описаны в работе [3]. Уточнено, что на изученной фазовой диаграмме в температурном интервале от 25 до 432 оС (298 - 705 К) и от 0 до 40 мол. % существуют устойчивые твердые растворы на основе бромида серебра, легированные Agi, что подтверждено рентгенофазовым анализом [3]. Опираясь на исследованную диаграмму, были подобраны режимы и выращены монокристаллы составов 0, 3, 13, 25, 36 мол. % [3].
Для всех выращенных кристаллов были определены их диапазоны спектрального пропускания, а также рассчитана дисперсия показателей преломления. Измерение свойств проводили на поликристаллических пластинах, изготовленных методом горячего прессования [3]. Определение оптических свойств проводили на поликристаллических, а не на монокристаллических материалах вследствие того, что в дальнейшем из выращенных монокристаллов системы AgBr - Agi будут изготавливаться оптические изделия, такие как ИК световоды, окна, линзы, которые имеют поликристаллическую структуру. На рис. 1 представлены спектры пропускания кристаллов.
BSD 700
Wavelenght, nm
Рис. 1. Спектры пропускания кристаллов системы AgBr- Agi: а) в диапазоне от 1,28 до 40,0 мкм, снятых на ИК Фурье спектрометре Shimadzu IRPresige-21 (делитель луча - CsI, детектор - DLaTGS, диапазон съемки 1,28 - 40,0 мкм, разрешении 2 см -1); б) - в диапазоне от 450 до 900 нм на спектрофотометре
Shimadzu UV-1800 (разрешение съемки 1 нм)
Из рис. 1 видно, что с увеличением содержания иодида серебра в AgBr, происходит смещение коротковолнового и дальневолгового краев поглощения в сторону больших длин волн. Все исследуемые кристаллы не обладают окнами поглощения, имеют диапазон спектрального пропускания от видимой до средней инфракрасной области до 40,0 мкм и более, а их прозрачность составляет примерно 75%.
По снятым спектрам пропускания были определены коротковолновые края поглощения всех исследуемых кристаллов, а также рассчитана дисперсия показателя преломления на длинах волн до 14,0 мкм (рис. 2а и 2б). Для определения данных параметров применялись различные методики, описанные в работе [4].
Рис. 2. Коротковолновый край поглощения (а) и дисперсия показателя преломления кристаллов составов
0, 3,13, 25, 36 мол. % AgI в AgBr
Как видно из рис. 2, в системе AgBr - Agi в результате замещения в анионной подрешетке на более тяжёлый по молекулярной массе галоген наблюдается увеличение показателя преломления на всех длинах волн и смещение коротковолновой границы поглощения в дальневолновую область. Также наблюдается уменьшение показателя преломления с ростом длины волны в пределах каждого состава.
В результате проведенной работы были получены новые кристаллы системы AgBr - Agi. Для подбора режимов выращивания кристаллов была повторно изучена фазовая диаграмма данной системы, по которой подобраны режимы и выращена серия монокристаллов. Для всех полученных кристаллов были определены спектральные диапазоны пропускания, определены коротковолновые края поглощения и построена дисперсия показателей преломления на различных длинах волн. Проделанная работа является основой для дальнейшего моделирования и изготовления инфракрасных световодов на основе системы AgBr - Agi.
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект № FEUZ-2020-0058 (Н687.42Б.223/20).
Литература
1. Жукова Л., Корсаков А., Салимгареев Д., Инфракрасные кристаллы. Теория и практика. Екатеринбург : УМЦ УПИ, 205 (2015)
2. Jurado J. et al, Solid State Ionics. 156, 103-112 (2003)
3. Salimgareev D. et al, Optical Materials. 114, 110903 (2021)
4. Korsakov A. et. al, Optics and Laser Technology. 93, 18-23 (2017)
