Галогенсодержащее халькогенидное стекло

 

Изобретение относится к галогеносодержащим халькогенидным стеклам, прозрачным в инфракрасной области спектра. Технической задачей изобретения является повышение температуры размягчения и увеличение показателя преломления. Халькогенидное стекло имеет следующий состав, мол.%: S 52,2-31,6, Sb 34,8-21,0, PbI₂ 47,4-13,0. Предлагаемое стекло прозрачно в области длин волн от 2-15 мкм, имеет температуру размягчения 370-386°С, показатель преломления 2.66-3.21 и может быть использовано в качестве материала для изготовления передающих и иммерсионных сред оптически связанных систем. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к оптике, а именно к оптическим материалам, прозрачным в инфракрасной области спектра, и может быть использовано для изготовления элементов оптических систем.

В современной ИК-оптике для изготовления деталей оптически связанных систем используются передающие среды с большим показателем преломления на основе галогенсодержащих халькогенидных стекол. Известные в настоящее время галогенсодержащие халькогенидные стекла имеют незначительные области пропускания в ИК-диапазоне длин волн, низкие температуры размягчения и малые величины показателя преломления, что ограничивает их практическое использование.

Известно галогенсодержащее халькогенидное стекло /В.А. Ананичев, О.Л. Байдакова, Г. В. Сайдов, Т.Н. Оркина. АС N 1393812, кл. C 03 C 3/32, 1986/, прозрачное в видимом и инфракрасном диапазоне длин волн до 13 мкм, содержащее As, S, Ge и Br при следующем соотношении компонентов, мас.%: As 1 - 5 S 20 - 40 Br 25 - 60 Ge 10 - 34.

Стекло имеет низкий показатель преломления (n ≈ 1,9 - 2,0) и температуру размягчения ниже комнатной (T_g ≈ -50^oC).

Известно галогенсодержащее халькогенидное стекло, прозрачное в видимой и инфракрасной области спектра до 13,5 мкм при следующем соотношении компонентов, вес.%: As 16 - 38 Sb 2 - 18 S 20 - 30 Se 20 - 40 Br 4 - 17
выбранное нами за прототип /Химинец В.В., Федак В.В., Головач И.И. и др. АС N 912697, кл. C. 03 C 3/32, 1982/.

К существенным недостаткам этого стекла следует отнести низкие температуры размягчения (T_g ≈ 65 - 95^oC) и недостаточно высокий показатель преломления.

Задачей изобретения является повышение температуры размягчения и увеличение показателя преломления стекла.

Поставленная цель достигается тем, что галогенсодержащее халькогенидное стекло, включающее серу (S), дополнительно содержит Sb и PbI₂ при следующем соотношении компонентов, мол.%:
S 52,2 - 31,6
Sb 34,8 - 21,0
PbI₂ 47,4 - 13,0.

Выбранное соотношение компонентов ограничено областью стеклообразования в системе Sb - S - PbI₂. При концентрации S меньше 31,6 и больше 52,2 мол%; Sb меньше 21,0% и больше 24,8 мол% наблюдается распад стекла на две фазы. В связи с этим введение в состав стекла PbI₂ меньше 13.0 % не позволяет получать однородное стекло, прозрачное в инфракрасном диапазоне частот.

Введение в состав стекла PbI₂ > 47,4 мол.% приводит к выделению PbI₂ в виде отдельной кристаллической фазы и резкому ухудшению пропускания стекла. Введение в состав стекла более тяжелого элемента Sb в указанных количествах при заданном соотношении остальных компонентов способствует увеличению жесткости стеклообразующего каркаса, увеличению числа связей в единице объема и повышению температуры размягчения стекла (см. табл. ).

Введение в состав стекла химического соединения PbI₂, содержащего тяжелый элемент I, приводит к значительному сдвигу края поглощения в длинноволновую область (чертеж), увеличению показателя преломления и температуры размягчения стекла (табл. ). В результате введения в состав стекла 21,0 - 34,8 мол.% Sb и 13,0 - 47,4 мол.% PbI₂ образуется новое стекло с большим показателем преломления и высокой температурой размягчения.

Навески компонентов шихты загружали в реакционную камеру, вакуумировали, герметизировали, помещали в печь и нагревали до 800 - 850^oC с последующим охлаждением в выключенной печи. Составы некоторых стекол и их свойства представлены в таблице .

Контроль за качеством стекла осуществляли методом дифференциально-термического и рентгено-фазового анализов. Показатель преломления при λ = 1 мкм определяли на плоскопараллельных образцах методом расфокусировки с использованием микроскопа МИК - 1.

ИК-спектры пропускания снимали на спектрофотометре UR-20.

Температуру размягчения T_g определяли на дериватографе фирмы МОМ при скорости нагревания 0,083 К/с.

Формула изобретения

Халькогенидное стекло, включающее S, отличающееся тем, что дополнительно содержит Sb и PbI₂ при следующем соотношении компонентов, мол.%:
S - 52,2 - 31,6
Sb - 34,8 - 21,0
PbJ₂ - 47,4 - 13,0.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2