Способ обработки стекла

 

Изобретение относится к способам обработки стекла в расплавах солей в режиме свободной или вынужденной диффузии катионов и может быть использовано для получения элементов интегральной оптики. С целью обеспечения получения в стекле градиента показателя преломления в предлагаемом способе обработки стекла путем ионного обмена в расплаве солей к подложке из термостойкого пористого материала с разных его сторон подводят расплавы разных солей навстречу или под углом друг к другу. Для регулирования градиента показателя преломления между расплавами солей различных металлов создают разность потенциалов. Способ позволяет получить в стекле плавное распределение показателя преломления с градиентами параллельным и перпендикулярным обрабатываемой поверхности стекла. 1 з. п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к способам обработки стекла в расплавах солей в режиме свободной или вынужденной диффузии катионов и может быть использовано для получения элементов градиентной интегpальной оптики. Цель изобретения обеспечение получения в стекле градиента показателя преломления. На фиг. 1 схематически изображен пример 1 получения в стеклянной матрице распределения показателя преломления с аксиальным градиентом, параллельным обрабатываемой поверхности стекла; на фиг. 2 график зависимости смещения интерференционной картины вдоль обрабатываемой поверхности образца; на фиг. 3 схематически изображен пример 2 получения в стеклянной матрице распределения показателя преломления с градиентом, параллельным обрабатываемой поверхности в соответствии с п. 2 формулы изобретения; на фиг. 4 график зависимости смещения интерференционной картины вдоль поверхности образца; на фиг. 5-10 варианты конструктивного оформления способа для получения образцов соответственно с радиально направленным градиентом показателя преломления (фиг. 5), с двухкоординатным изменением градиента (фиг. 6), для обработки матриц с неплоской поверхностью цилиндрической (фиг. 7) и сферической (фиг. 8) формы, для получения цилиндрической матрицы с аксиальным и радиальным градиентами показателя преломления одновременно (фиг. 9), для осуществления способа в режиме вынужденной диффузии (фиг. 10). Способ иллюстрируется примерами. П р и м е р 1. Берут стеклянную пластинку 1 размерами (30х20х8) мм, характеризующуюся следующим составом, мол. SiO₂ ≈ 55; Al₂O₃ ≈ 21; Li₂O ≈ 11; Na₂O ≈ 11 (фиг. 1). Берут подложку 2, изготовленную из корундо-муллитовой керамики. Концы подложки погружают в два стакана 3 и 4 с расплавами солей Na₂SO₄ + NaCl и Li₂SO₄ + +LiCl соответственно. Всю систему помещают в шахтную печь (СШОЛ) 1.16.12) (на фиг. не показана) при t 660^оС. На верхнюю рабочую поверхность подложки помещают предварительно прогретую в той же печи стеклянную пластину. Через 120 мин пластину извлекают из печи, остужают и делают с нее плоский срез толщиной 1 мм так, чтобы плоскость среза совпадала с направлением диффузии в стекло. Полученный образец шлифуют и помещают в плоскопараллельную кювету с иммерсионной жидкостью. Кювету устанавливают в одно из плеч интерферометра Маха-Цендера. Из интерферограммы видно, что наряду с наличием градиента показателя преломления, перпендикулярно поверхности стекла, в образце имеется распределение показателя преломления с градиентом, параллельным обрабатываемой поверхности стекла, причем в левой и правой половинах образца знаки градиентов противоположны, что связано с внедрением в разных половинах образца разных катионов (Li⁺ и Na⁺). На фиг. 2 представлена рассчитанная графическая зависимость Δ К(x) (где К число интерференционных полос, х координата вдоль поверхности). П р и м е р 2. В стаканы 3 и 4 с расплавами солей Na₂SO₄ + NaCl и Li₂SO₄ + LiCl соответственно опускают электроды 5 и 6 и пропускают ток 300 мА. Через 60 мин на поверхность подложки 2 помещают стеклянную пластину 1 аналогичного состава и размеров, что и в примере 1, и силу тока снижают до 100 мА. Через 120 мин обработку заканчивают и изготавливают образец для интерферометра. Характер распределения показателя преломления по поверхности стекла изменился, но по-прежнему характеризуется наличием градиента как в направлении, параллельном обрабатываемой поверхности, так и в направлении, перпендикулярном ей (фиг. 4). В зависимости от формы подложки и способа подачи расплавов солей можно получать образцы с различной формой распределения показателя преломления с градиентами, параллельным и перпендикулярным обрабатываемой поверхности. На фиг. 5 приведен вариант, в соответствии с которым круглую стеклянную пластину 1 помещают на керамическую подложку 2, имеющую форму гриба. Расплавы солей разных металлов, заключенные в изолированных сосудах 3 и 4, вводят в подложку через ножку и шляпку гриба, что приводит к образованию в подложке под стеклянной пластиной радиального распределения концентрации диффундирующих в стекло катионов. На фиг. 6 приведен вариант, в соответствии с которым стеклянную пластину 1 помещают на подложку 2, представляющую собой соединение двух П-образных подложек, рабочие поверхности которых образуют единую плоскую поверхность крестообразной формы. Расплавы солей двух разных металлов подаются к обрабатываемой поверхности стекла 1 через стойки подложки, погруженные в сосуды с расплавами (на рисунке не показаны), как и на фиг. 1. При этом могут быть два варианта: расплавы одинаковых солей подаются через противоположные стойки и расплавы одинаковых солей подаются через соседние стойки. В первом случае распределение показателя преломления в обрабатываемой поверхности стекла будет иметь две оси симметрии, во втором случае одну. Способ позволяет обрабатывать поверхности стекла неплоской формы, например цилиндрической (фиг. 7) и сферической (фиг. 8) формы. На фиг. 9 приведен вариант, в котором стеклянную цилиндрическую заготовку 1 помещают в керамическую оправку 2 в виде трубы, внутренний диаметр которой равен диаметру заготовки. В случае вертикального расположения верхней части керамической трубы придают форму гриба (фиг. 5). Расплавы солей двух разных металлов находятся в двух разных сосудах 3 и 4. В результате обработки заготовки получается оптический градиентный элемент, обладающий одновременно радиальным и аксиальным градиентами показателя преломления. Способ может быть осуществлен не только в режиме свободной, но и вынужденной диффузии (фиг. 10). Стеклянную пластину 1 помещают на перемычке П-образной подложки 2. Стойки подложки опущены в сосуды 3 и 4 с расплавами солей разных металлов. В сосуды помещают электроды 5 и 6, соединенные друг с другом и служащие анодом. К поверхности стеклянной пластины, противоположной обрабатываемой, прикрепляют с помощью электропроводной пасты электрод, служащий катодом. Между анодом и катодом подают напряжение. Использование электрического поля позволяет ускорить процесс диффузии, а также менять форму распределения показателя преломления (профиль) в направлении диффузии. При достаточно сильных полях профиль становится ступенчатым и обрабатываемая матрица будет обладать только градиентом показателя преломления, параллельным обрабатываемой поверхности. Предлагаемый способ позволяет получить в стекле плавное распределение показателя преломления с градиентами параллельным и перпендикулярным обрабатываемой поверхности стекла и дает возможность принципиально изменить технологию изготовления традиционных элементов градиентной оптики и создавать принципиально новые по своим свойствам элементы. Экономический эффект при использовании настоящего способа будет возникать за счет получения принципиально новых изделий, а также (что особенно важно при изготовлении микроэлементов, поперечные размеры которых больше продольных) за счет увеличения выхода готовой продукции, сокращения времени изготовления и, как следствие, экономии электроэнергии, потребляемой печами. Так, например, изготовление градиентной микролинзы, поперечный размер которой в два раза больше, чем продольный, потребует в 2 раза меньше времени, чем при известном способе и, следовательно, потребует в 2 раза меньше электроэнергии.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОБРАБОТКИ СТЕКЛА путем ионного обмена в расплаве солей, подводимых к обрабатываемой поверхности стекла через подложку из термостойкого пористого материала из изолированных источников, отличающийся тем, что, с целью обеспечения получения в стекле градиента показателя преломления, к подложке из пористого материала с разных ее сторон подводят расплавы разных солей навстречу или под углом друг другу. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью регулирования градиента показателя преломления, между расплавами солей создают разность потенциалов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---