Главная » 2014 » Октябрь » 1 » Спектроскопия комбинационного рассеяния изменений структуры германосиликатных и фосфоросиликатных стекол под действием ультрафиолетового
1:29 AM
Спектроскопия комбинационного рассеяния изменений структуры германосиликатных и фосфоросиликатных стекол под действием ультрафиолетового
Спектроскопия комбинационного рассеяния изменений структуры германосиликатных и фосфоросиликатных стекол под действием ультрафиолетового облучения и давления
Диссертация
Автор: Колташев, Василий Васильевич
Название: Спектроскопия комбинационного рассеяния изменений структуры германосиликатных и фосфоросиликатных стекол под действием ультрафиолетового облучения и давления
Справка: Колташев, Василий Васильевич. Спектроскопия комбинационного рассеяния изменений структуры германосиликатных и фосфоросиликатных стекол под действием ультрафиолетового облучения и давления : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.07 Москва, 2000 131 c. : 61 00-1/1166-5
Объем: 131 стр.
Информация: Москва, 2000
Содержание:
Глава 1 Строение кварцевых, германосиликатных и фосфоросиликатных стекол (обзор литературы)
11 Комбинационное рассеяние как метод исследования вещества
12 Стеклообразное состояние вещества
121 Понятие стеклообразного состояния
122 Концепции строения стеклообразного вещества
123 Гипотеза Лебедева
124 Непрерывная неупорядоченная сетка Захариасена
125 Кварцевое стекло и основные модели его строения
13 Применение КР к исследованию стекол
131 Основные полосы КР кварцевого стекла
132 Модели собственных дефектов в кварцевом стекле
133 Линии "дефектов" и см'\ Кольца в сетке кварцевого стекла
134 Спектры КР и строение а-ОеОг и а-РгОз
1341 GeOz
1342 Р2О
135 Спектры КР и строение стекол смешанного состава: германосиликатные и фосфоросиликатные стекла
1351 Система Si02-Ge
1352 Система ЗЮг-РгОз
Глава 2 Методика измерения спектров КР
2L Спектрограф КР (Raman Spectrograph) Т-64000 (Jobin Yvon)
2LI Основные блоки них назначение
212 Достоинства и недостатки установки
22 Аргоновый лазер
23 Экспериментальные образцы
Глава 3 Обнаружение низкочастотного максимума вблизи см' в спектре КР высокотемпературного кристобалита
3L Данные других методов по существованию среднего порядка в стеклах
32 Низкочастотный максимум в спектре КР высокотемпературного кристобалита
33 Кристобалитоподобное строение кварцевого стеклаю
Глава 4 Структурная перестройка германосиликатных стекол при воздействии УФ облучения и давления
41 Кислородно-дефицитные центры
42 УФ облучение световодов с германосиликатной сердцевиной
421 Импульсное облучение
422 Непрерывное облучение
423 Наблюдаемые изменения в спектрах КР и их интерпретация
43 Гидростатическое обжатие световодов с германосиликатной сердцевиной
431 Влияние гидростатического обжатия на структуру германосиликатного стекла
432 Сравнение воздействий УФ облучения и гидростатического обжатия на структуру германосиликатного стекла
Глава 5 Структурная перестройка фосфоросиликатных стекол при УФ облучении
51 Общая характеристика световодов с фосфоросиликатной сердцевиной
52 УФ облучение световодов с фосфоросиликатной сердцевиной
521 Наблюдаемые изменения в спектрах КР
522 Перестройка сетки фосфоросиликатного стекла вблизи РО4 тетраэдров
Введение:
Актуальность темы.В последние годы в связи с информационным бумом все большое внимание уделяется вопросам развития волоконно-оптических линий связи.Основу этого направления представляют световоды, приборы и устройства волоконной и интегральной оптики (решетки показателя преломления, волоконные лазеры и усилители и т.д.). На сегодняшний день наилучшими по своим характеристикам волоконными световодами являются световоды на основе кварцевых стекол. Их спектральный диапазон пропускания находится в области от 0.5 до 2 микрон. Одними из основных добавок в кварцевое стекло для создания разности показателя преломления между оболочкой и сердцевиной и согласования их теплофизических свойств (вязкостных характеристик, температуры вытяжки и т.д.) в волоконных световодах служат оксиды германия (ОеОг) и фосфора (Р2О5).Изучение германосиликатных и фосфоросиликатных стекол (физические и химические свойства, изменение их структуры под воздействием облучения, давления, отжига и т.д.) приобретает огромное значение для более полного понимания всех процессов, происходяпдих в стеклах на микроуровне, для того чтобы в дальнейшем расширить и улучшить их применение в плане устройства волоконно-интегральной техники.Стекла, как одна из фаз твердого состояния вещества, исследуются очень давно. Накоплен большой экспериментальный материал и теоретический опыт по вопросу структуры стекла, хотя до сих пор не суш;ествует обш,епринятой теории строения стеклообразного веш;ества, которая полностью объясняла бы данные, полученные дифракционными, спектроскопическими и другими методами исследования, и которая объективно бы отражала все свойства стекла.Цель работы.Целью настоящей работы является изучение влияния внешних воздействий: облучения и обжатия, - на структуру германосиликатных и фосфоросиликатных стекол и световодов на их основе при помощи метода комбинационного рассеяния света, сопоставление физических характеристик (плотность, показателя преломления) и микроструктуры стекла, интерпретация которой основана на полученных спектрах КР. Научная новизна.Впервые были зарегистрированы характерные изменения спектров КР световодов с германосиликатной и фосфоросиликатной сердцевиной при их облучении УФ на длинах волн 244, 248, 330 им и при их гидростатическом обжатии. На основании полученных данных нами была предложена модель о значительных структурных перестройках, происходящих в этих стеклах при вышеупомянутых внешних воздействиях.Впервые обнаружен низкочастотный максимум в спектре КР высокотемпературного кристобалита.Практическая ценность.Представленная работа дополняет сведения о структуре германосиликатных и фосфоросиликатных стекол с помощью новых данных, полученных в ходе проведенных экспериментов. Эти сведения могут плодотворно использоваться в волоконной и интегральной оптике: при изготовлении световодов, записи решеток показателя преломления, для построения теории микроструктуры близких по составу стекол. Кроме того, спектроскопия КР является неразрушающим методом исследования структуры вещества, что позволяет напрямую работать с готовыми изделиями, например, световодами в режиме эксперимента или тестирования.На защиту выносятся следующие положения: 1. Обнаружение в спектре КР а-кристобалита (одной из кристаллических модификаций Si02 ) низкочастотного максимума на частоте около 50 см"^ наряду с совокупностью данных по неупругому рассеянию нейтронов, низкотемпературной теплоемкости, рассеянию рентгеновских лучей и другими свидетельствует в пользу гипотезы о кристобалитоподобном, а не кварцеподобном строении кварцевого стекла в масштабе среднего порядка, 2. Под действием УФ облучения волоконных световодов с германосиликатной сердцевиной в синглетную или триплетную полосы поглощения германиевых кислородно-дефицитных центров происходит структурная перестройка сетки германосиликатного стекла, при которой уменьшается количество многозвенных (6 и более тетраэдров Si04, Ge04) колец и увеличивается количество малозвенных (3 и 4 тетраэдра Si04, Ge04) колец.3. Под действием гидростатического обжатия (9 ГПа, 300 "С) волоконных световодов с германосиликатной сердцевиной происходит перестройка сетки стекла, при которой, в отличие от УФ облучения, эти кольца только деформируются.4. Под действием УФ облучения (244 нм) волоконных световодов с фосфоросиликатной сердцевиной происходит перестройка структуры стекла вблизи РО4 тетраэдров, которая сопровождается изменением координации атома фосфора с четверной на пятерную.Структура и объем работы.Данная диссертация состоит из пяти глав, каждая из которых последовательно рассматривает решения сформулированных выше задач.Первая глава диссертации носит обзорный характер. В ней даны общие сведения о комбинационном рассеянии (КР), как методе исследования структуры вещества, и о концепциях строения стеклообразного вещества.Рассмотрены основные гипотезы строения кварцевого стекла и применение спектроскопии КР к исследованию стекол. Приведен обзор литературных данных по спектрам КР кварцевых, германосиликатных и фосфоросиликатных стекол, интерпретация основных полос этих спектров и их сопоставление со структурой данных стекол.Во второй главе кратко приведены методики по измерению спектров КР в световодах и объемных образцах. Описана экспериментальная установка по регистрации спектров КР, функционирование и назначение составляющих ее блоков. Показана независимость получаемых в результате экспериментов спектров КР от мощности и длительности экспозиции возбуждающего лазерного излучения.Третья глава посвящена работе по доказательству кристобалитоподобности кварцевого стекла, что было подтверждено обнаружением низкочастотного максимума в спектре КР высокотемпературного кристобалита. На основе многочисленных экспериментальных данных развивается теория о том, что стекла наследуют средний порядок, присущий кристаллам аналогичного состава.В четвертой главе описаны воздействия УФ облучения и обдавливания на германосиликатные стекла. Путем сопоставления КР спектров до и после облучения, сделан вывод об изменении статистики колец разной звенности, состоящих из тетраэдров Si04 и Ge04 и составляющих сетку стекла, за счет разрушения германиевых кислородно-дефицитных центров и перестройки структуры стекла вблизи них. в пятой главе получена зависимость полосы КР 1325 см"^ для фосфоросиликатных световодов от концентрации оксида фосфора в сердцевине. Описано воздействие УФ облучения на фосфоросиликатные стекла на основе анализа спектров КР до и после облучения. Схематически представлена перестройка структуры вблизи атомов фосфора, которая подтверждена квантово-химическими расчетами, выполненными Соколовым В.О.
