Изготовление нанопористых силикатных матриц: вопросы оптической однородности

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. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-03-56-67

Bykov E.P., Zakoldaev R.A., Andreeva N.V., Shishkina A.S., Yandybaeva Yu.I., Andreeva O.V. Production of nanoporous silicate matrices—problems of optical homogeneity [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 3. P. 56–67. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-03-56-67

Egor Pavlovich Bykov, Roman Alekseevich Zakoldaev, Natalia Vladimirovna Andreeva, Alena Sergeevna Shishkina, Yuliya Igorevna Yandybaeva, and Olga Vladimirovna Andreeva, "Production of nanoporous silicate matrices—problems of optical homogeneity," Journal of Optical Technology. 89(3), 161-168 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000161

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 расположениив 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.

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).