Специальные оптические параметры

Эти параметры указываются для оптических материалов, обладающих специфическими свойствами . Например , постоянная Верде V для магнитоактивных материалов ; длины волн излучения λ_люм для лазерных стёкол и кристаллов ; электрооптические коэффициенты r_ij для электрооптических кристаллов ; акустооптические параметры (скорость звуковой волны и акустооптические коэффициенты) для акустооптических материалов ; углы синхронизма для нелинейнооптических сред и т.д.

Одним из самых важных качеств оптического материала , наиболее сильно влияющим на его физико-химические свойства и оптические характеристики ,является его принадлежность к одному из двух основных агрегатных состояний твёрдого тела – аморфному или кристаллическому . В аморфной среде атомы и молекулы вещества расположены в пространстве хаотично , случайным образом.Связи между частицами нерегулярны пространственно , неупорядоченны. Аморфные вещества , как правило,однородны и изотропны, то есть их макроскопические механические,термодинамические и оптические характеристики ( упругость ,прочность,скорость распространения звуковых и электромагнитных волн,теплопроводность , показатели преломления и поглощения ) одинаковы в любой точке вещества и не зависят от направления внутри вещества , от направления распространения волны и её поляризации( для оптической волны,например , это показатели преломления и фазовые скорости V_ф = c/n ) . Зачастую , аморфные вещества не имеют определённой химической формулы , и их состав может плавно изменяться в зависимости от типа и концентрации добавок , что влечёт и плавное изменение параметров ( таковы , например , многокомпонентные стёкла ). Аморфное вещество можно рассматривать , как переохлаждённую жидкость,подвижность частиц которой уменьшилась до нуля при понижении температуры, а упорядочивания взаимного расположения частиц с выделением вовне избыточной энергии не произошло.Следует понимать , что идеальных аморфных веществ не существует.Обычно всегда есть тот или иной ближний порядок – частицы упорядоченно сцеплены друг с другом в кластеры той или иной величины. Однако размеры этих кластеров различны , как правило , много меньше по сравнению с макроскопическими размерами самой оптической среды , и сами кластеры хаотично ориентированы друг относительно друга.Дальнего порядка в расположении этих структур нет – нет кристаллической решётки (рис.1.5а) .В аморфных оптических средах , как правило,не наблюдаются эффекты типа электрооптического и сильно снижено проявление анизотропии и нелинейных оптических эффектов.Теплопроводность их также меньше , чем у кристаллических сред.При нагревании температура аморфной среды увеличивается линейно во времени ( рис. 1.5г)., вязкость аморфной среды монотонно уменьшается ( твёрдое – размягчённое – текучее – жидкое ) , так что определённой температуры плавления такие среды не имеют. Для них принято говорить о температуре размягчения ( рис. 1.5в).

В кристаллических материалах во взаимном расположении частиц среды ,напротив , существует как ближний,так и дальний порядок – кристаллическая решётка(рис.1.5б).В идеальном случае , если этот порядок не нарушается во всём объёме материала в макроскопическом масштабе (миллиметры-метры),можно говорить об идеальном бездефектном монокристалле.Монокристаллические среды ,как правило,обладают анизотропией –различием характеристик в различных направлениях, в ряде случаев проявляют электрооптические и нелинейнооптические свойства , обладают большими теплопроводностями .При нагревании температура кристаллической среды растёт линейно со временем (рис.1.5д) до достижения температуры плавления ( при этом среда остаётся в твёрдом состоянии). При достижении температуры плавления рост температуры среды на некоторое время прекращается,несмотря на продолжение нагревания (горизонтальное плато на графике), и в это время происходит фазовый переход из твёрдого состояния в жидкое ( плавление ) . Подводимая нагревом энергия в это время расходуется на разрушение кристаллической решетки . После завершения перехода во всём объёме среды начинается дальнейший рост температуры теперь уже жидкого расплава. Кристаллические материалы всегда имеют определённую температуру плавления . В реальных ситуациях монокристаллы наблюдаются относительно редко ; чаще всего образуются не монокристаллы , а поликристаллические формы – конгломераты монокристаллов различных размеров ( доли миллиметров – сантиметры ) , соединённые друг с другом хаотическим образом. Для роста монокристаллов необходимо использовать специальные технологии .

Некоторые оптические материалы могут существовать как в аморфной , так и в кристаллической формах . Пример – кварц , двуокись кремния SiO₂ . Аморфное кварцевое стекло изотропно и может принимать любую форму ,сохраняя её при застывании. Монокристалл кварца имеет очень характерную форму (см.рис.1.6). Необходимо также отметить возможность существования для одного и того же (химически) материала различных типов кристаллической решётки , при которых некоторые модификации используются в оптическом материаловедении ,а другие модификации не могут применяться . Наиболее известный пример такого рода – углерод С. Монокристаллы алмаза обладают высокой прозрачностью и рядом полезных оптических свойств, тогда , как графит является непрозрачным в большей части спектра .

Так как физические свойства аморфных и кристаллических сред существенно различны, различны и методы их получения,различны требования к составу и чистоте исходных реагентов,к точности поддержания параметров технологических процессов.

Дата добавления: 2014-11-14; просмотров: 162; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!