Поглощение многокомпонентных церийсодержащих стекол повышенной частоты для ВОЛС в условиях воздействия температуры и гамма-радиации тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

на у но -!ícc лбдоб atejîbck'.'îït 1 шжкгич0сш жститут оптического матерл алове дерзя кэхшюго научного цпкгра "государственный шг5гческйв институт УИШ. СЛ. бажова"

■to -правах. рукописи

АНАНЬЕВ Анатолий Владимирович

поглощение шюгоксшскектшх цшисодержапш' сшол шштюя чхстоть да'золе в условиях воздаогвш тшшратуры к у-?адища

01.04,10 - физика тлупроводнйков и диэлектриков

' А в -i о р е ф е р а, т диссертации на соксхашв ученой степени кандидате'физико-математических наук

■ саккх-ш:ерел г 1ЭЭ2

\

пл / .

Работа выполнена в - научно-исследовательском и технологическом институте оптического материаловедения Всесоьзшго научного центра "Государственный- оптический институт твкя С.И.Бавилова"

Научный руководитель: • доктор технических наук

СТЕПАНОВ С.А.

Официальные оппоненты: доктор.физико-математических наук

ГЛЕБ03 Л.Б.,

Кандидат физико-математических наук ■ ДЕВЯТКО Ю.Н.

Ведущая организация: . Научно-исследовательский институт

технического стекла, г. Москва

Защита состоятся. " 1592 г. в У / -—час,

на заседании специализированного совета К 105.01.01 в ВНЦ •" Государственный оптический институт имени С.И.Вавилова" по адресу: 199034, Санкт-Петербург.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан "2.0" М&рТР— 1592 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат фкз.-мат. наук М.К.Абрамова

(с) ВНЦ "Государственный оптический институт ш. С. И.Вавилова", 1992.

С'ВШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность рабс-тк. Одни»! из перспективных направлен!® развития физики диэлектриков на современном этапе является разработка новых материалов для волоконной оптики. Среди оптических сред, Применяемых в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) и системах перелечи и обработки даншх, наиболее часто используются материалы на основе неорганических стекой. К такого класса объектам предъявляются жесткие требования по таким, в частности, характеристикам, как низкие потери на поглощение .(<,10~4 см-1), механическая прочность и химическая стойкость, высокое значение числовой апертуры.

Наряду с проблемой" поЕНиешгя прозрачности стекол для волоконной оптики з настоящее время актуальным является вопрос о последующем поведений волоконно-оптических' элементов в процессе эксплуатации при воздействии различных епс-злшх факторов. К такого рода факторам относятся, в 'частности, ионизирующая радиация и повышенная температура. На практике часто реализуется ситуация, когда действие этих факторов происходит как раздельно, так к совместно. Исследование последнего, случая представляет собой достаточно сложную'задачу,: решение которой можно осуществить только после того, как Судет прояснено влияние укасанншс' воздействий' в отдельности, Что касается многокомпонентных стекол поведенной чистоты для вксокоапертурных радиацкокно стойких световодов, то данных по радиационному окрашиванию подобных материалов, крайне ¡.'ало и в основной они относятся к исследованиям натриевокэльциевоепдакатаих стекол,' не.нашедших практического применения для ВОЛС. Сведения же но температурной зависимости поглощения в ближней Ш области спектра стекол высокой чисто-1ы в литературе отсутствуют. -

Несмотря на то, что измерение'' оптических потерь на уровне' ■ИО*"4 см"' в волоконных световодах, не представляет серьезных экспериментальных "трудностей, разделение вкладов з потери, обусловленные поглощением света.материалом волокна и'технологией вытяжки волокна, краше затруднительно. Количественное зю онрзделание изменения оптических параметров материала ¡килы и, оболочки .'в отдельности по измерениям пропускания световода в условиях радиационного облучения и повышенной .температуры не. представляется возможным. Вследствие этого целесообразно- проводить' исследования непосредственно на материалах, из которых изготавливается-волоконний световод.

Здесь однако "вознихзбт 'ряд сложностей, связанных'с измерением

малых величин оптического поглощения в объемных образцах стекол* Экспериментальная реализация многих методов определения слабого поглощения либо очень сложна, либо требует значительной энергии возбуждающего лазерного излучения, что сильно увеличивает вероятное?! разрушения исследуемого материала последним. Кроме того, большинство из них не позволяет проводить,измерения в процессе воздействии температуры на исследуемый образец. Поэтому актуальным являете? разработка метода, свободного от указанных недостатков.

Исследования поглощения и его температурного хода непосредственно ~на рабочей длине еолны многих ВМС, процессов образования i термостимулированного обесцвечивания радиационных центров окраски i зависимости от чистоты материалов .жклы и оболочки световода и oí содержания в них- протекторных добавок поможет ответить на многие практически Еажные вопросы, использования Еысокоапертурнкх световодов из многокомпонентных стекол, прогнозирования их характеристик s свойств.

Таким образом, актуальной является задача изучения влияния протекторных добавок и чистоты материала на спектральное поглощение и поглощение в ближней КК части спектра многокомпонентных CTeKOJ для ВОЛС в условиях воздействия температуры к ионизирующей радиации, а также разработка соответствующих методов и методик исследования.

Цель и задачи работы. Цель настоящей работы заключается в установлении закономерности изменения поглощения в видимой и ближней МК областях спектра многокомпонентных церкйсодержащих стекол повышенной чистоты для ВОЛС в зависимости от концентрации церия и мик-ропримес-еп в стеклах в условиях воздействия температуры и т-радиа-цик. Для достижения постг&яениой цели требовалось решить следующие задачи.

1. Разработка метода измерения слабого поглощения в стеклах, позволяющего не только определять величину поглощения на уровне Ю-5 см-1 в образцах стекол различного оптического качества, но к проводить исследования температурной зависимости поглощения в них.

2. Создание экспериментальной установки, реализующей этот метод, методики проведения экспериментов.

3. Определение величины поглощения в области длин волн Í ш/ кнмчжомлаиентшх стеклах повышенной чистоты, содержащих церий, прс-диг.снйчс-кных д*я нспользовакая ь качестве сердц*вшш и оболочки ь ;-"-\':о;:о;:нь;х высокоапертурних световодах. Установление закокомер-

яости изменения поглощения в зависимости от концентрации церия и микропримесей в них.

4. Определение температурного поведения показателя поглощения в области I мкк указанных стекол я установление закономерности его. изменения з зависимости от состава стекол и концентрации церия и микропримвеей ь них.

Исследование влияния т-излучетшя на спектр оптического пог-ло:геняя к коглож«яив б ближней Ж частк спектра указанных стекол в зависимости от концентрации церкл к примесей ;келеза в них.

в.Определение вшшкя температур; еь спектр ^-наведенного поглощения а неБедвнное »•глоЕвнае з области 1 мьм и условий отжга радодшшшх центров окраски укззанпах стекол в- зависимости от кон-г цгнтращж церия и мккропримессч; з стеклах.

Научная новкгчв работы з»дишчттся з том, что впервые были проведены исследования исходного г. т-каведеннсго поглощения в УФ, видимой х ■бя/схвв& КК частях спектра айогокомпонзнтных церийсодоржа-еих. стекол позшойней чиототь' для ЗО.тс г условиях воздействия температуры. Разработан БыоокочуктЕйтельный метод определения слабого логкодйгя в области 1.17 эь,-. позводявкий проводить измерения в широком те?,'пер^турно.у внтэрвалв. На основе .полученных результатов установлены закономерности язаазення величина логдощвнкя щж 1.17 эВ и видимой ос да еда е ¿ктявироБЁШИх цердам стеклах. Определена закономерность температурного измвнв&га величины поглощения при 1.17 э£. Показано, что изменение поглощения б ближней Ш части спектра с концентрацией; церия и температурой обусловлено соответствуют! поведением обнаруженной полосы пеглоденкя с максимумом вблизи 2.5 эВ. Проведен анализ процесса термоеяшулйроБзпвого обесцвечивания радиационных центров окраски .'Показано, что'при абвдёшге церия в; стекла происходит возникновение'.терыостэбизьшк.центров окраски.

йрактическов значениз. В виде экспериментальной установки реализован-разработанный метод спределбкия слабого поглощения. На созданной установке возможно проводит} измерения б стеклах невысокого оптического качества' лабораторных варок -в. широком диапазоне температур. ' " '

Получены количественные' дашши об исходном и ^-наведенном поглощении церйюоДеркащих миогокойпоцантийк стзкол для ВС'ЛС и о заш-симсстч итого поглощения от температуря, концентрации дарил и мик-рсприуесей' и от дози.облучения. Это позволяет прогнозировать слек-трзд»шя свойства исслбдоБзйных стекол в "услосийх воздействия тем-

пературы и ионизирующей радиации и дать рекомендации по применению их для изготовления термо- и радиационностойких инфракрасных волоконных световодов.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 статьи и 2 тезиса докладов.

Личный вклад соискателя заключается в теоретической разработке к экспериментальной реализации полдризационно-модудяционного метода определения слабого поглощения в стеклах; создании соответствующих методик исследования; экспериментальном исследовании оптического поглощения при воздействии температуре к ионизирующей радиации; анализе и обработке полученных результатов.

Объем и структура работы. Объем работы составляет 188 страницы» в том числе 140 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 4 таблицы, библиография • из 176 названий. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность постановки данного исследования, выбора .метода, формулируется цель работы, а также приводятся ззцищаеше положения.

Первая глава представляет собой обзор исследований, касающихся оптических диэлектрических вoлнoвoдoвj физических основ оптических потерь в световодах и связи потерь со свойствами исходных материалов. Особое внимание уделено обзору исследований по высокоапертур-ным оптическим волокнам и материалам для них, а также физическим механизмам поглощения света в стеклообразных диэлектриках. 3 этой главе также приведены результаты исследований по влиянию температуры и у-радаацйй на спектральные свойства стекол и дан критический анализ методов определения малых величин .поглощения в оптических материалах. В конце главы сформулированы задачи исследования.

В главе 2 проводятся теоретический анализ к обсуждение поляри-зационно-модулйциотшого метода определения слабого поглощения в широком диапазоне температур, описывается его экспериментальная реализация и методика проведения измерений этим методом.

За основу был взят- поляризационный калориметрический метод1,

1 Глебов Л.Б., Докучаев В.Г., Петровский Г.Т.// Квант, электрон. 1987. Т. 14, J6 6. С. 1284-1289.

как наиболее простой и удобный в экспериментальной реализации и кмекдий больгаие потенциальные возможности для своего развития.

Основные принципы определения величины поглощения следующие. Непрерывное возбуждаадео лазерное излучение с длиной золш, на которой необходимо определить поглощение, фокусируется в образец исследуемого материала. Термические напряжения, обусловленные безнз-лучптелъкой релаксацией поглощенной образцом энергии возбуждающего излучения, приводят к возникновению оптической анизотропии в локальной области нагрева. Для регистрации кинетики изменения термо-вддуцярованногб двулучепреломлен:?я в нагреваемую область параллельно возбуждающему пучку на^авляос-оя линейно поляризованное зондирующее излучение He-îie лазера, которое затем проходит через фазовый модулятор и скрещенный анализатор на фотоариемккк. Амплитуда первой гармоники фототека, выделяемой синхронным детектором, пропорциональна величине показателя поглощения материала исследуемого образца.

Термически наведенный едшт фаз между ортогональными ношонен-таил поляризации зондируваего света s случае воздействия осескммет-ричным пучком возбукдакцего йздучешя описывается выражением

г ' s

где T(r,i) - кинетзиа распределения температуры в образце, X - длина волны зондзфующего света, Q - термооптическая постоянная материала исследуемого образца, 1 - толщина образца.

Распределение ?(r,i) находилось яутем решения неоднородного /равнения теплопроводности с .осесимметричным распределением источников-тепла в приближении бесконечной среды. Выражение (1) после вычислений приобретает вид

О (г, F{r, Rj, % ),

где с,.р, а' - теплоемкостьj плотность и показатель поглощения материала образца; !'/. - мощность воз бу здание го излучения; F(r,R,i,x) -&ую<ция, зависящая- от временных и reoMôïpjraecKffic параметров эксперимента.

О целью повышения чувствительности измерений был применен ме-?од фазовой модуляции зондирующего света, широко распространенный в >ллипсометрии. Фазовый сдвиг между- ортогональными компонентами поляризации зондирующего св^та модулируется по синусоидальному,зако-iy. Из Фурье-спектра 'сигнала ^отоприиьшшеа выделяется первая гарио-

ника, емплитуда которой' пропорциональна величине поглощения образца. Чувствительность метода увеличивается - при этом более, чем ь 20 раз, и составляет без использования оптических элементов 'высокого качества и оптико-механической системы высокой стабильности величину -0.2 дБ/км. -

Нами была выбрана геометрия зондирования пучком с^ета малого диаметра MQ-í-30 мйм) в область максимума разности главка значений тензора напряжений ]or-o | . в точку с азимутальной координатой Ф=тс/4 (рис.1), имеющая ряд преимуществ и особенностей по сравнению с применяемой Б поляризационном методе: ■ '' 1) существенно упрощаются аналитические выражения для нахождения величины поглощения и увеличивается .чувствительность метода; 2) отпадает необходимость в учете конкретного профиля -зондаруадого излучения'и тем самым устраняются дополни- ^сн тельные погрешности, связанные с simpe«-' луч симацкей реального тгоофиля .пучка той или

иной математической моделью к с флуктуа- Схбма зондирования,

циями.интенсивности света по сечению пучка; 3) облегчается поиск ь исследуемом образце областей, свободных от технологических Дефектов, и областей с■минимальными величинами естественного двойного лучепреломления*' Это обстоятельство становится важным при определении поглощения в'Образцах стекол-с невысоким оптическим качеством, синтезированных !в лабораторных условиях; ' 4) . зондирование пучком света малого диаметра'Позволяет пренебречь изменением величины дву-лучепрелоэдления в образце по сечению пучка,' к становится возможным скомпенсировать исходно присутствующее двулучепредомлешм. с помощью компенсатора. Теоретически показано, что это возможно в случае малых фазовых сдвигов (В<<1), .обусловленных начальным и наведенным дву лучепреломлением. ■

Последняя особенность■ открывает возможность проведения температурных измерений величины поглощения и-поэтому имеет принципиальное значение. Внешний нагрев образца неизбежно приводит к возникновению в нем двулучёщшомления, которое можно' скомпенсировать.

Экспериментальная установка построена lio двухканальной схеме. Во второй канал направляются пучки возбуждающего и зондирующего излучений, отраженные от делительной пластинки. Сигналы с синхронных детекторов оцифровываемся знало шидфровыми преобразователями и об-

- э -

раоатываются микроэвм. Для исследования температурной зависимости поглощения образец помещается в термоэлектрическую печь с окнами из кварцевого стекла..В процессе измерений учитываются температурное изменения величины <У(ср; и пролуекания образца ^»дда волны зондирующего света.

В третьей главэ обоснсвквзетсл шоор объектов исследования, описывается методика проведения экспериментов к представлены экспериментальные результаты.

Нами были исследованы стекла натркевобороояликаткой системы двух составов с переменной концентрацией диоксида церия и различном количеством примэсэй (табл. 1). Стекла первых двух рядов по концентрации цария (ряды I л II) предназначена дял использования в качестве сердцевины волокна, содержат также оксиде La, Ва и Zr x отличаются между собой степенью чистота исходных материалов (главным образом по количеству пршесей железа). Для изготовления оболочки оптического волокна предназначены стекла ряда III, содержащие А1203. Стекла сердцевины и оболочки представляет' собой согласованную пару по температурному'Ходу вязкости и КТР, разности показателей преломления и обеспечивает-числовое значение ааерт-ури волокна 0.5.

Таблица 1. Концентрация церия и железа в стеклах, мае. % (сверх 100 %) .

ряд I ' ряд- II ' ряд III*

Се02 Fe203 (примесь ) 0.2+1 Л 0.5-10~д 0+1.5 МО"4 , 0+1.2 2

* В стекло без церия введена добавка осветлителя Ав203-

Синтез стекол2 осуществлялся в платиновых трехлитровых тиглях в окислительной атмосфере. Для варок 'использовались материалы квалификации "осч" и "для волоконной оптики". Количество-железа, вносимого с СеОг, не превосходило 3 % от общего содержания ?е?03.

Спектры поглощения измерялись на спектрофотометрах Бресогй М40 й СФ-26 в образцах стекол оптического качества толщиной 0.03+10 см,

Определение температурного хода величина показателя поглощения

■Стекла были; разработана и синтезированы з-ШТИОМ ВИД "ГОИ им. С.М.Вавилова" В.М.Скороспеловой с сотрудниками.

на to=1.17 эВ а^ 1? производилось в диапазоне от комнатной до нижней границы температуры отжига стекол («560С) в режиме линейного нагрева образца со скоростью 0.13 К/с.

Т-облучение образцов стекол осуществлялось изотопом Со60 при r=2Q°C дозами Ю4*107 Р. Все ' измерения проводились спустя сутки после окончания облучения.

Четвертая глава, состоящая из шести разделов, посвящена обсуждению экспериментальных данных. Рассматриваются спектральное поглощение стекол; связь поглощения стекол и его температурного хода в ближней ИК области с поглощением в видимой'ласти спектра и содержанием церия и кикропркиесей в стеклах; обсуждаются возможные причины появления поглощения в видимом спектральном диапазоне; ен'алйзкруют-ся закономерности поведения поглощения при радиационном и последующем термическом воздействиях в зависимости от концентрации церия и ыжропрямесей в стеклах и дозы у-облученпл.

УФ спектры поглощения формируются, коротковсмшознк краем фундаментального поглощения (при hv^S зВ) и полосами cor лощения ионов Свл+ и Се3+. Для уточнения параметров последних полос производилось разложен® разностных спектров стекол II к III рядов, полученных путем вычитания спектров ,стеколс 0.1 мас.Я СвОг и неактивированных церием, на два гауссовых контура (поглощением ионов FeJ+ пренебре-галось). Соотношение интенсквностей-полос Се"14", и Се3+ в стеклах ряда II превосходило таковоэ в стеклах III ряда в два раза при приблизительно одинаковых параметрах спектрального положения и полуширины.

Вследствие больших величин УФ поглощения в стеклах с более высокими концентрациями диоксида церия (ССе0 ) анализ соотношения

Се4+/Се3+ проводился по длинноволновому краю УФ поглощения. Все'полученные зависимости а' при hv=cori3t от СГе0 носили 'качественно

одинаковый линейный-характер, что свидетельствует о постоянстве со-отноиения Се4+/Се3+ в каждом 'из рядов стекол во всем диапазоне концентраций CeOg.'

B-области 2.3+3.3 эВ (рис.2) в стеклах рядов I и II наблюдается 'хорошо выраженный урбаховский край широкой полосы поглощения ионов Се4+.' В стеклах ряда III в силу меньшего-, соотношения Се'!+/Се3+ на длинноволновое крыло менее интенсивной, чем в стеклах I и II ряда, полосы Се4+ накладывается край полосы поглощения ионов Се3+, что и приводит к нелинейному ходу логарифма спектрального поглощения.

В интервале энергий • кванта 1.6т-4-2.8 эЗ в стеклах с концентрациями церия, превышающими 0.4 мае.отмечается достаточно выраженное отклонение от линейности. Особенно это хорошо видно на спектрах поглощения стекол рядов I и II.

Характер спектральной зависимости в области 1.64-2.8 эЗ естественно связать с присутсвием з этом интервале некоторой полосы поглощения. Если провести экстраполяцию урбаховского края полосы СеЛ+ в стеклах I я II рядов в низ-козне ргетиче скую область, то эту полосу поглощения мояно получить в явном вида. Разность экспериментально измеренного и экстраполированного спектров (прямая в интервале 3.0-3.б эЗ в полулогарифмических координатах) дает искомое спектральное поглощение. Полученный таким образом для стекол ряда II разностный спектр представляет собой полосу поглощения с максимумом вблизи 2.5 зВ и иириной на полувысоте 0.8-1.0 эВ. Более точные параметры полосы определить не удается вследствие достаточно высокой погрешности определения разностного спектра особенно в области 2.54-3.0 эВ.

Интенсивность полосы нелинейно зависит от ССе0 и сильно возрастает, начиная приблизительно с 0.8 мае.Я Се02, и при одинаковом содержании церия увеличивается при переходе от стекол ряда I к стеклам ряда III. Полуширина и спектральное положение полосы в пределах погрешности определения этих параметров остаются неизменными в диапазоне концентраций 0.44-1.5 мае.® Се02.'

Зависимости а^ 17=/('с,-ео ) имеют немонотонный характер с мини

мумом при 0.240.4 мас.% СеОг (рис.За). Церий, являясь сильным окислителем, переводит некоторую." часть присутствующих в стекле ионов

в форму Ре3+. В результате этого интенсивность полосы поглощения в районе 1.1 эВ ионов ]?е2+ уменьшается. Величина в стеклах с небольшими концентрациями СеОг (до 0.4-0.6 мас.%) достаточно хорошо согласуется с уровнем примесей железа в стеклах. При С >0.6 мас.% доминирующим фактором становится влияние длинновол-

с *эо ^

нового крыла полосы поглощения с максимумом вблизи 2.5 эВ.

Рис.2. Спектры поглощения некоторых стекол ряда II.

, v .-vi

О

400 T,°C '

С ,МАС;%

Рис.3. Зависимостй а' от концентрации Се0„ в стеклах I-III ряд (в) и от температуры (б) при различных концентрациях Се02 (мас.Ж!

С увеличением температуры в стеклах сС^.,. £0.4 мае Л проксх

дкт рост величины а^ 17 (рис.Зб). Установлено, что это связано температурной -сдвсо.м полосы. 2.5 зБ в сторону меньших анергий. Я скольку'значение а* -,7.в стеклах, актньироеашшх 0*0.2 мае."? СеС определяется, главивк обрезом, поглощением ионоь Рег+, то всле вие малого коэффициента температурного сдрага зтоя полоск -вела«..

,7 незначительно меняется с температурой.. Природу полосу 2.5 аВ нельзя связать поглощением конов-ие} как'по причине значительного отличия спактралышх параметров язв€ таых полос йоглоинлия церия и полосы 2,5 эБ, так -и "вследствие тс что, несмотря на постоянство- соотношения- Се4+/Сб?+ в стеклах ; каждого из кониентрэцйойшх .радов, "янтёксивнорть- полосы' 2.6 &В I линей» г&мкяга.' от концентрация церия., В силу первого обстоят«; стев'полоса г. 5 Ш ке' модчт быт'ь .-приписана, и другим редкоземзды ионам., входящим в состав.приме1 си..

' Из примесей- дарехедш X: т тал лов наиболее подходящ»® сп тральными "параметрами и' температурнымроведешем. обладают пол поглощения .электронных оервхЬдов е2.ибнови вкутряц тровых переходов '.-*• й бЛ (л?) чвтцреиюррдкнй

ваших ионов Fe3+. Показано, однако,, что' для-достижения эксперта тально определенной величины интёйсивкости полосы .2.5 эБ.количес этих'ионов долкно- более,' чем на' i-2.порядка нреьышаТь их расчет концентрацию, в стеклах.

Нелишйрость кокцашрзшюнннх зависимостей интбнсишости tic поглощения -могет быть обусловлена не .только изменением вален-и-

или координационного состояния поглощающего иона, но и взаимодействием ионов в агрегированных грушах — ассэциатах или кластерах. Спектроскопическим проявлением взаимодействия ионов в кластерах является сильное усиление поглощательной способности красящих ионоа вследствие увеличения сила осциллятора полосы переноса заряда. При этом интенсивность поглощения зависит ке только от концентрации в стекле ионов, из которых состоит кластер, но и от соотношения концентраций этих ионов в случае, если в кластер входят разноименные ионы.

Концентрация ионов, необходимая для образования кластеров .и обменного взаимодействия между ионами, может варьироваться в очень широком иитерв&ле. Это зависит от многих обстоятельств: природа взаимодействующих ионов, типов стэклообразоватедя и модификатора, содержания щелочи, окислительно-восстановительных условий синтеза и т.п.

В данном случае, по-видимому, мокно предположив образование мккрогруппировок типа кластеров, состоящих из ионов церия и примеси, взаимодействующих мекду собой, что, вероятно, и приводит к появлению полосы поглощения в области 2.5 эВ. Однако более детальное рассмотрение вопроса о природе полосы Я.5- эВ требует проведения дальнейших систематических исследований.

В спектрах у-наведешого поглощения стекол II ряда с 0.1 мае.Ж Се<32 обнаруживаются максимумы при 2.04-2.2 эВ и около 3.75 эВ и просветление в районе 5.0+5.2 эВ. Первые две полосы дополнительного поглощения (ДП) характерны для всех щелочноборосиликатных стекол и обусловлены дырочными центрам окраски. Показано, что полоса ДП при 2.0-2.2 зВ является неэлементарной; просветление в высокоэнергетической части спектра ДП связано с радиационным восстановлением трехвалентного железа по схеме Fe3+ 2». (?е3+)~ и четырехвалентного церия с образованием центров (Се4+)~.

ДП при hv=1.17 эВ (Да^ 17) определяется центрами (Fe3+)~ и длинноволновым крылом полосы ДП при 2.0-2.2 эВ. При анализе спектра ДП в области 1.542.5 эВ вследствие его сложности не удалось установить характер радиационного поведения полосы 2.5 эВ.

Воздействие температуры на у-облученкые стекла приводит к изменению ДП по всему спектру. При этом достаточно четко определяются две стадии термостимулированного обесцвечивания (ТОО): изменение УФ спектров ДП и ДП при 1.17 эВ наблюдаются при температурах 1004200 С я около 550"с, интенсивное обесцвечивание в области 2.0-5-2.2 эВ про-

исходит при 100т200<1С.

Установлено, что ТОО при 100*200 0 связано с релаксацией дырочных радиационных центров окраски (?Ц0), поглощающих при 2.0*2.2 аВ; ТОО при Ли=1,17 зЗ помимо выцветания полосы 2.0*2.2 эВ обусловлено термическим разрушением РДО, поглощающих при О.ЗЭ эВ. Показано, что стабильное при Г~400-500°С поглощение в области 1.1? эВ обусловлено центрами (Ре3+)~. Эти центры являются стабильными вплоть до температур, близких к Т(Т «570°С). Зависимость Аа^ 17=/(ССе0 ) 'при !Г>=3004550аС является немонотонной с максимумом

между а и' 0.1 мас.й СвО£, Выдвинуто предположение, что это связано с изменением ближайшего■окружения исяое Ре34 при введении церия в стекло и образованием под • действием облучения центров типа (Сб3+5+—<?е3+)-, отличающихся высокой термостабильносгью (ькергия активации высокотемпературного процесса ТОО при ?и>=1.17 эЗ по оценкам составляет 1.6-1.7 аВ). С повышением содержания церия 'ионы Сел+, являясь акцепторами,-уменьшай количество центров (?е"3+)~.

Спектры ДП в УФ области-тар^ооСработанных при Г=300-г500 С стекол формируются полосам поглощения центров (Се"3+)+ и (Се41')" и полосами просветления ионов Се3+, Со4+ и Ге3+, а также поглощением собственных РЦО.

С ростом дозы у-облучения происходит увеличение числа центров (Гв34Г и как. следствие возрастание величины термостабильного ДП при -1.17 еВ. В стеклах с 0.1 мае.Ж Се02 при дозах. -1-Ю7 Р рост поглощения прекращается. Это объясняется радиационнкм переходом всех присутствующих -в стекле ионов ?е3+ в 'состояние (Рэ3+)~.

В заключении приводятся основные результаты работы и определяются направления дальнейших исследований по радиационно стойкие стеклообразным материалам для волоконной оптики.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ЬЗОДИ

Основные результаты, полученные в данной работе, и вывода могут Сыть сформулированы сдедущим образом:

. 1. На базе поляризационного'калориметрического метода разработан поляризационно-модуляционный метод-определения слабого поглощения в оптических матариал'ах в ближней. ЙК части спектра. Метод позволяет проводить измерения в диапазоне температур от комнатной дс нижней.границы температура отзеига в стеклах невысокого оптическогс кз'чоства, исключая возможность повреждения исследуемых' образцов из-

лучением. Проанализированы источники ошибок, оценена предельная чувствительность метода.

2. Создана экспериментальная установка, • реализующая поляриза-щюнно-модуляционнвй метод.- Установка проста в эксплуатации, использует стандартное оборудование, оптико-механическая схема не требует высоко?; термической и механической стабильности.

3. Разработана методика измерения температурной зависимости потрошения в стеклах и термостимулировагаого обесцвечивания радиа-ционно окрашенных стекол при Ьу=1.17 эВ (Х=1.06 мкм).

4. В спектрах поглощения стекол с церием выявлена полоса поглощения с максимумом вблизи 2.5 эВ и полушириной 0.8-1.0 эВ. Исследована зависимость ез интенсивности от концентрации диоксида церия и количества микропркмесей. Показано, что природу полосы нельзя связать ни с поглощением ионов церия и других редкоземельных элементов, ни с поглощением ионов переходных металлов, входящих в состав микропримеси. Выдвинуто предположение о том, что полоса 2.5 зВ может Оить результатом обменного взаимодействия между, ионами церия и шкропримеси в образовывающихся микрогрушшрозках типа кластеров.

5. Показано, что величина поглощения при Ни=1.17 эВ стекол с церием определяется двумя факторами: поглощением примесных ионов Тег+, причем с увеличением концентрации СеО£- происходит окисление двухвалентного железа, и влиянием длинноволнового' края полосы с максимумом 2.5 эВ. ■

6. Впервые в стеклах высокой чистоты проведено ■ определение температурного хода поглощения.в ближней ИК области спектра. Установлено, что рост поглощения при Ьу=1.17 эВ с увеличением температуры в стеклах с церием обусловлен температурным сдвигом длинноволнового края полосы 2.5 эВ в низкознерготическун сторону. Были разделены вклады в поглощение на 1.17 вВ прй Т=го°С йолосы поглощения ионов Рег+ и края полосы 2.5 эВ.

7. Спектры 7-наведенного поглощения являются характерными для натриевоборосиликатннх стекол. Показано, что полоса 'ДП при 2.0-2.2 эВ является неэлементарной; просветление в области 5.0-5.2 эВ связано с радиационным восстановлением ионов 1,е3+ и Се4+; ДП при 1.17 зВ определяется электронными примесными центрами (?е3+)" и длинноволновым крылом ДП при 2.0-2.2 эВ.

8. Воздействие температуры на т-о'алученные стекла приводит к изменению ДП по всему спектру. Были выделены две стадии термостиму-лированного обесцвечивания: при Г=100+200°С и 500^-550°С. Показано,

что при Г=100+200вС релаксируют собственные дырочные центры окраски, поглощающие при 2.0-2.2. эВ; спектры ДП в УФ области термообра-бот аших при Г=300-г500°С стекол формируются термостабильшми голосами поглощения центров (0е3+)+ и (CeJ4")~ и полосами просветления ионов Се3+, Се4+ и ?е3+, а также поглощением собственных радиационных центров окраски.

9. Установлено, что стабильное при r=200^50Q°G ДП на 1.17 эВ обусловлено центрами (Je3+)~. Выдвинуто предположение о радиационном образовании центров типа (Се3+)+-(?е3+Г, релаксмрувдих в данных стеклах при температурах внше 550C. Произведена оценка энергии активации процесса обесцвечивания центров окраски, поглощающих при hv=l.17 эВ.

10. Получены зависимости ДП при 1.1? эБ термообработанных при Г=400°С • стекол от концентрации диоксида церил и дозы f-облучения и дано их объяснение.

U. Даны практические рекомендации. по использованию исследованных стекол для изготовления волоконных световодов; для данных стекол определены концентрации церия, диапазоны температур и доз Т-радиащш, при которых величина изменения поглощения в ближней ИК области■спектра является минимальной. Определены направления дальнейших исследований по многокомпонентным радиационно стойким стеклам повышенной чистоты для'ВОЛС.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. /Шаньев A.B. Применение непрерывного излучения в поляризационном методе измерений малых поглощений света// Тезисы III Всес. конф. молодых ученых и специалистов "Теоретическая и прикладная оптика". Ленинград, 1988. С. 436.

2. Ананьев A.B., Москвин H.A. Поляризационный метод измерения малых поглощений света в случае использования непрерывного излучения// ОМП. 1989. » 2. С. 2-4.

3. Ананьев A.B., Скороспелова В.И., Степанов. С.А. Исследование термостимулированного обесцвечивания т-наведенных центров окраски в особочистых стеклах для ВМС, активированных церием// Сборник тезисов докладов на Всэс. конф. "Волоконная оптика". Москва,1990.С.332.

4. Ананьев A.B. Особенности измерения малых потерь на поглощение в оптических материалах поляризационно-модуляционным методом// ОМП. 1991. Ji 12. С. S-13._

Подписано к печати л.^у;L . м- : .Формат 60x84/16. ' Печать офсетная. Усл.печ.л. 0,93. Уч.-изд.л. 0,9. Тираж 100 экз. Заказ . тип. ГОИ. Бесплатно.