Научно-технический
«ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ»
издается с 1931 года
 
   
Русский вариант сайта Английский вариант сайта
   
       
   
       
Статьи последнего выпуска

Электронные версии
выпусков начиная с 2008


Алфавитный указатель
2000-2010 гг


444
Архив оглавлений
выпусков 2002-2007 гг


Реквизиты и адреса

Вниманию авторов и рецензентов!
- Порядок публикации
- Порядок рецензирования статей
- Типовой договор
- Правила оформления
- Получение авторского вознаграждения
- Редакционная этика


Контакты

Подписка

Карта сайта




Журнал с 01.12.2015 допущен ВАК для публикации основных результатов диссертаций как издание, входящее в международные реферативные базы систем цитирования (Web Science, Scopus) (см. Vak.ed.gov.ru Перечень журналов МБД 16.03.2018г)

Аннотации (03.2022) : Изготовление нанопористых силикатных матриц: вопросы оптической однородности

Изготовление нанопористых силикатных матриц: вопросы оптической однородности

DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-03-56-67

Переводная версия: https://doi.org/10.1364/JOT.89.000161

УДК 535

 

Егор Павлович Быков1, Роман Алексеевич Заколдаев2, Наталья Владимировна Андреева3, Алена Сергеевна Шишкина4, Юлия Игоревна Яндыбаева5, Ольга Владимировна Андреева6

Университет ИТМО, Санкт-Петербург

1egor1999b@gmail.com              https//orcid.org/0000-0002-5829-2590

2zakoldaev@gmail.com              https//orcid.org/0000-0001-6212-0532

3andreevanv_3@mail.ru            https//orcid.org/0000-0002-5523-837X

4shishka2001.shishkina@yandex.ru       https//orcid.org/0000-0002-6628-1234

5yulia.yandybaeva@gmail.com https//orcid.org/0000-0002-1451-7102

6olga_andreeva@mail.ru           https//orcid.org/0000-0003-3245-0762

Аннотация

Предмет исследования. Рассмотрены основные этапы изготовления пористых силикатных матриц из двухфазного боросиликатного стекла и их влияние на оптическое качество изготовленных образцов, а также методика количественной характеризации оптической неоднородности пористых матриц, обусловленной неравномерностью распределения пор по объему образца. Исследована связь геометрии химической обработки образцов с их оптическим качеством. Метод. Для контроля оптической однородности использован метод цифровой голографической интерферометрии, реализованный на экспериментальном стенде лабораторного изготовления. Отработана методика получения интерферограмм, характеризующих состояние образца в форме плоскопараллельной пластины на этапе заготовки, после кислотной и щелочной обработки, а также методика проведения анализа экспериментальных данных. Сравнение количественных результатов, полученных на разных этапах изготовления матриц, проводилось на одном и том же участке образца (с точностью не хуже 0,1 мм). Спектральное пропускание  образцов измерялось в области 350–100 нм. Свободный объем образца, занятый порами, определялся весовым методом — по массе образца в воздушно-сухом состоянии и при заполнении пор водой. Основные результаты. Разработана методика контроля оптического качества нанопористых силикатных матриц с использованием лабораторного стенда цифровой голографической интерферометрии. Контроль оптической однородности пористого образца проводился на основе диагностики относительных изменений оптической толщины образца (произведение показателя преломления на геометрическую толщину образца). В заготовке эти изменения обусловлены клиновидностью образца. В пористой матрице — как клиновидностью заготовки, так и неоднородностью пространственных изменений показателя преломления из-за неоднородного распределения пор по объему образца. На этом основании введены величины, характеризующие оптическое качество заготовки и пористой матрицы. Оптическое качество плоскопараллельной заготовки в работе определялось по клиновидности образца, а оптическое качество нанопористой структуры — по изменению показателя преломления на заданном участке. Показано, что расположение образца относительно направления гравитационного поля при проведении химической обработки оказывает значительное влияние на его оптическое качество. Экспериментально установлено, что при расположении плоскопараллельных образцов во время химической обработки перпендикулярно направлению гравитационного поля можно обеспечить оптическое качество пористых матриц в области их прозрачности, сравнимое с оптическим качеством заготовки. Практическая значимость. Представлена методика, позволяющая количественно характеризовать оптическую неоднородность на заданном участке пористого образца в области его прозрачности и разделить вклады качества заготовки и оптической неоднородности пористой структуры в оптическое качество изготовленных нанопористых матриц. Проведенные эксперименты показали, что нанопористые силикатные матрицы, прозрачные в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра, которые получены при их горизонтальном расположении в растворах химической обработки, обладают оптической однородностью, сравнимой с оптическим качеством заготовки. Методика контроля качества пористых образцов может быть использована при разработке и оптимизации режимов получения из двухфазных стекол нанопористых матриц, предназначенных для создания на их основе оптических элементов, соответствующих заданным требованиям по оптической однородности.

Ключевые слова: нанопористые силикатные матрицы, оптическая неоднородность, интерферограмма, развернутая разность фаз, эффективный показатель преломления

Благодарность: авторы благодарят А.О. Исмагилова за полезные консультации и обсуждения.

Финансовая поддержка: химическая обработка выполнялась при финансовой поддержке гранта НИРМА ФТ МФ Университета ИТМО. Экспериментальное исследование однородности напористого оптического материала голографическим методом выполнено частично за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-71-10103).

Ссылка для цитирования: Быков Е.П., Заколдаев Р.А., Андреева Н.В., Шишкина А.С., Яндыбаева Ю.И., Андреева О.В. Изготовление нанопористых силикатных матриц: вопросы оптической однородности // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 3. С. 56–67. DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-03-56-67

Коды OCIS: 160.2710, 120.2880, 120.5050, 160.4236

 

Список источников 

1.    Melde B.J., Johnson B.J. Mesoporous materials in sensing: Morphology and functionality at the meso-interface // Analytical and Bioanalytical Chem. 2010. V. 398. № 4. P. 1565–1573.

2.   Vimala K., Mohan Y.M., Sivudu K.S., Varaprasad K., Ravindra S., Reddy N.N., Padma Y., Sreedhar B., MohanaRaju K. Fabrication of porous chitosan films impregnated with silver nanoparticles: A facile approach for superior antibacterial application // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2010. V. 76. № 1. P. 248–258.

3.   Phillips K.R., England G.T., Sunny S., Shirman E., Shirman T., Vogel N., Aizenberg J. A colloidoscope of colloid-based porous materials and their uses // Chemical Soc. Rev. 2016. V. 45. № 2. P. 281–322.

4.   Rodríguez-Castellón E., Pergher S. Nanoporous materials and their applications. Basel: MDPI, 2019. 158 p.

5.   Андреева О.В., Быков Е.П., Исмагилов А.О., Pandya A., Щелканова И.Ю., Андреева Н.В. Нано-пористые силикатные матрицы для голографии и биомедицины // Опт. спектр. 2021. Т. 129. № 4. С. 418–426.

6.   Lijing Z., Zakoldaev R.A., Sergeev M.M., Petrov A.B., Veiko V.P., Alodjants A.P. Optical sensitivity of waveguides inscribed in nanoporous silicate framework // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 1. P. 123.

7.    Zakoldaev R.A., Lijing Z., Yakimuk V.A., Yandybaeva Y.I., Shishkina A.S., Andreeva O.V. Direct laser writing of functional optofluidic elements in porous silicate matrix // J. Laser Micro Nanoeng. 2021. V. 16. № 3. P. 1–5.

8.   Orlova A.O., Gromova Y.A., Maslov V.G., Andreeva O.V., Baranov A.V., Fedorov A.V., Prudnikau A.V., Artemyev M.V., Berwick K. Reversible photoluminescence quenching of CdSe/ZnS quantum dots embedded in porous glass by ammonia vapor // Nanotechnology. 2013. V. 24. № 33. P. 335701.

9.   Ermakova L.E., Kuznetsova A.S., Antropova T.V., Volkova A.V., Anfimova I.N. Structural characteristics and electrical conductivity of porous glasses with different compositions in solutions of sodium, lanthanum and iron (III) chlorides // Colloid J. 2020. V. 82. P. 262–274.

10. Bonfiglio P., Pompoli F. Inversion problems for determining physical parameters of porous materials: Overview and comparison between different methods // Acta Acustica United with Acustica. 2013. V. 99. № 3. P. 341–351.

11.  Островский Ю.И., Бутусов М.М., Островская Г.В. Голографическая интерферометрия. М.: Наука, 1977. 339 с.

12.  Суханов В.И., Хазова М.В., Курсакова А.М., Андреева О.В. Объемные капиллярные регистрирующие среды со скрытым изображением // Опт. спектр. 1988. Т. 65. № 2. С. 474–478.

13.  Суханов В.И. Трехмерные глубокие голограммы и материалы для их записи // Оптический журнал. 1994. № 1. С. 61–70.

14.  Андреева О.В., Обыкновенная И.Е., Гаврилюк Е.Р., Парамонов А.А., Кушнаренко А.П. Галогенидосеребряные фотоматериалы на основе пористых стекол // Оптический журнал. 2005. Т. 72. № 6. С. 37–45.

15.  Кучинский С.А., Суханов В.И., Хазова М.В., Доценко А.В. Эффективные оптические постоянные пористого стекла // Оптический журнал. 1991. Т. 7. № 1. С. 150–154.

16.  Кучинский С.А., Суханов В.И., Хазова М.В. Принципы формирования голограмм в капиллярных композитах // Опт. спектр. 1992. Т. 72. № 3. С. 196–210.

17.  Василевская Т.Н., Антропова Т.В. Изучение структуры стеклообразных нанопористых матриц методом рентгеновского малоуглового рассеяния // ФТТ. 2009. Т. 51. № 12. С. 2386–2393.

18. Andreeva O.V., Bandyuk O.V. Light-sensitive media-composites for recording volume holograms based on porous glass and polymer // Holograms — Recording Materials and Applications / ed. by Naydenova I. IntechOpen, 2011. P. 45–70.

19.  Andreeva O.V., Belousova I.M., Veselova T.V., Gavronskaya E.A., Grigorev V.A., Obyknovennay I.E., Skobelev A.G., Cherkasov A.S. The possibility of using fullerene-saturated porous glasses for the optical limitation of laser radiation // JOT. 2001. V. 68. № 12. P. 882–884.

20. Litvin A.P., Babaev A.A., Dubavik A., Cherevkov S., Parfenov P.S., Ushakova E., Baranov M.A., Andreeva O.V., Purcell-Milton F., Gun’ko Y.K., Fedorov A.V., Baranov A.V. Strong enhancement of PbS quantum dot NIR emission using plasmonic semiconductor nanocrystals in nanoporous silicate matrix // Advanced Opt. Mat. 2018. V. 6. № 6. P. 1701055.

21.  Манухин Б.Г., Гусев М.Е., Кучер Д.А., Чивилихин С.А., Андреева О.В. Оптическая диагностика процесса свободной конвекции жидкости // Опт. спектр. 2015. Т. 119. № 3. С. 418–423.

22.      Andreeva N.V., Ismagilov A.O., Andreeva O.V. Estimation of optical heterogeneity of samples in the process of developing nanoporous matrices from two-phase glass // J. Phys.: Conf. Series. 2018. V. 1062. № 1. P. 012019.