Фото-термо-рефрактивные (ФТР) наностеклокермики для задач голографии и интегральной оптики.

Работа данного направления ориентирована на разработку новых стеклообразных материалов, способных к фото-термо-индуцированному выделению и росту нанокристаллов в стекле, данный процесс происходит путем последовательного облучения и термической обработки. Так как рост кристаллической фазы происходит только в облученной области, в разрабатываемых материалах происходит локальное изменение оптических свойств наностеклокерамик, что позволяет создавать в монолитных стеклообразных материалах  голографические и интегрально-оптические структуры.
В рамках данного направления были разработаны, синтезированы, а затем исследованы оптические и спектральные свойства ФТР стекол Na2O-ZnO-Al2O3-SiO2 системы с переменным содержанием хлора и брома и оксида серебра, активированные  оксидами церия и сурьмы.
 
Спектры поглощения исходных стекол с различным содержанием Cl: от 0 до 2,2 мол.% и повышенным содержанием серебра (0,13 мол %).  1 – 0%  Cl, 2 - 1 mol.% Cl, 3 – 2,2 mol.% Cl. На вставке показана область 250-500 нм в увеличенном масштабе и фото измеренных образцов. 1 – 0%  Cl, 2 - 1 mol.% Cl, 3 – 2,2 mol.% Cl.
 

Исследованы механизмы формирования нанокристаллических фаз хлорида и бромида серебра  в синтезированных стеклах.

Схема фото-термо-индуцированной кристаллизации ФТР стекол с повышенным содержанием серебра ( 0,13 мол.%) и переменным содержанием хлора (0 – 2,2 мол. %). 
a – фотоактивация стекла (ионизация Ce3+). Образование серебряных молекулярных комплексов и захват электронов сурьмой с формированием комплексов (Sb5+)-. 
b – сбрасывание электрона заряженным комплексом (Sb5+)-. Серебро захватывает электрон и формирует нейтральные молекулярные комплексы.
с – рост наночастиц серебра в стеклах с низким содержанием хлора (< 1 мол. %) и рост наночастиц серебра с оболочкой из смешанных хлоридов серебра и натрия в стеклах с высоким содержанием хлора ( 1 – 2,2 мол.%).
 
Схема фото-термо-индуцированной кристаллизации ФТР стекол с повышенным содержанием серебра ( 0,13 мол.%) и переменным содержанием хлора (0 – 2,2 мол. %). 
a – фотоактивация стекла (ионизация Ce3+). Образование серебряных молекулярных комплексов и захват электронов сурьмой с формированием комплексов (Sb5+)-. 
b – сбрасывание электрона заряженным комплексом (Sb5+)-. Серебро захватывает электрон и формирует нейтральные молекулярные комплексы.
с – рост наночастиц серебра в стеклах с низким содержанием хлора (< 1 мол. %) и рост наночастиц серебра с оболочкой из смешанных хлоридов серебра и натрия в стеклах с высоким содержанием хлора ( 1 – 2,2 мол.%).
 
Так же было исследовано влияние роста нанокристаллических фаз на показатель преломления (nd) ФТР стекол и выявлено, что выделение нанокристаллических фаз в объеме ФТР стекла приводит к локальному увеличению показателя преломления до 800 ppm и 1500 ppm в случае с бромидом серебра и хлоридом серебра соответственно.
 
Зависимость показателя преломления ФТР стекол от концентрации галогенида
a – хлора; 1,2 – исходное стекло и исходное стекло после термообработки , 3 – после облучения УФ и термообработки.
b – брома; 1,2 – исходное стекло и исходное стекло после термообработки , 3 – после облучения УФ и термообработки.
 
Результаты данных исследований показали, что ФТР стекла с нанокристаллами галогенидов серебра являются перспективным материалом для записи голографических, а так же волноводных структур по средствам УФ облучения и последующей термической обработкой. 
На основе представленных выше результатов были получены экспериментальные образцы голограммы и планарного волновода на ФТР стекле с нанокристаллами бромида серебра.
 
Угловая селективность записанной на бромидном ФТР стекле Брегговской решетки. На вставке показана расчетная и экспериментальная зависимость прошедшего через решетку излучения, а также фото записанных решеток на стекле с 0,7 мол.% Br.
 
Схема записи и измерения планарного волновода в ФТР стекле с 0,7 мол.% Br.
1 – Иллюстрация процесса записи через маску, и фото люминесценции УФ облученного образца со скрытым изображением под действием УФ излучения (λвозб = 365 нм). 
2 – Проявление скрытого изображения.
3 – Схема измерения записанного волновода методом селективного возбуждения волноводных мод, с использованием призм ввода и вывода, а так же He-Ne лазера (λ=632.8 нм) и фото модовой структуры записанной волноводной структуры.

 

Информация © 2015-2017 Университет ИТМО
Разработка © 2015 Департамент информационных технологий