Оптические свойства и строения оксидных стёкол окрашенных наноразмерными частицами
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
спользовать цепочку близко расположенных частиц как эффективный проводник возбуждений, способный работать на оптических частотах.
Целью данной работы было исследование оптических свойств и строения, синтезированных нами боратных и боросиликатных легкоплавких стёкол содержащих наноразмерные частицы серебра и меди.
Для достижения, поставленной цели, было необходимо решить следующие задачи:
)изготовление плоскопараллельных полированных образцов синтезированных стёкол;
2)подбор режима и осуществление тепловой обработки стёкол с целью создания в них наночастиц серебра, меди;
)получение электронных фотографий поверхности полученных образцов;
)измерение спектров поглощения и пропускания полученных образцов в видимой и ближней и к области спектра.
оптическое свойство наноструктура стекло
1. Оптические свойства стёкол
1.1 Показатель преломления
Показатель преломления - это основное оптическое свойство, которое определяет область применения соответствующего стекла, и, кроме того, оно изучается чаще всего [4]. Показатель преломления любого вещества определяется как отношение скорости света в вакууме к скорости света в рассматриваемой среде. Его можно рассчитать на основании закона Снелля, согласно которому показатель преломления п определяется следующим выражением
n=sin ?/sin ? (1)
где ? - угол падения, ? - угол преломления светового луча, падающего на поверхность материала. Показатель преломления может быть измерен с использованием методов, основанных на отражательной способности поверхности, путем измерения критического угла при полном отражении, т.е. угла Брюстера, или линейного метода Бекке. Показатель преломления в действительности не является постоянной величиной, он изменяется в зависимости от длины волны падающего света. Показатель преломления определяется взаимодействием света с электронами атомов в составе стекла. Увеличение электронной плотности или поляризуемости ионов вызывает увеличение показателя преломления. Поэтому низкие показатели характерны для стекол, содержащих ионы с невысокими атомными номерами, которые обладают низкими электронной плотностью и поляризуемостью. Стекла на основе имеют показатели преломления около 1,27, тогда как стеклообразные оксиды кремнии и бора - около 1,458. Показатели преломления стекол с высоким содержанием свинца, висмута или таллия лежат в интервале от 2.0 до 2,5.
Значительную часть структуры стекла составляют анионы, поэтому их вклад и величину показателя преломления очень важен. Замена ионов фтора на более поляризуемые ионы кислорода или ионы других галогенов увеличивает показатель преломления. Напротив, частичная замена в оксидных стеклах кислорода фтором уменьшает показатель преломления.
Плотность также оказывает влияние на показатель преломления. Снижение фиктивной температуры увеличивает плотность большинства стекол и повышает показатель преломления. Поскольку фиктивная температура определяется скоростью охлаждения в области перехода в стеклообразное состояние, то, как установлено, показатель преломления повышается с уменьшением скорости охлаждения. Этот эффект особенно важен при изготовлении оптического стекла, где тонкий отжиг минимизирует локальные колебания показателя преломления. Кроме того, показатель преломления увеличивается, если стекла обратимо или необратимо уплотняются под действием давления или излучения высокой энергии.
Термическое расширение может как увеличивать, так и уменьшать показатель преломления. При нагревании происходит расширение стекол, т.е. уменьшение их плотности, следовательно, и показателя преломления. Однако при нагревании увеличивается поляризуемость ионов, что может скомпенсировать действие уменьшения плотности и повысить показатель преломления.
1.2 Молярная и ионная рефракция
Молярная рефракция служит мерой электронной поляризации вещества, т.е. смещения электронов под действием электромагнитного поля видимого света. Молярная рефракция , прямо пропорциональна поляризуемости ионов, входящих в состав стекла, она выражается следующим равенством
(2)
где Vm - . молярный объем стекла, n - показатель преломления для соответствующей длины волны. Молярный объем равен молекулярной массе стекла, деленной на его плотность.
Молярная рефракция многокомпонентного вещества может быть рассчитана как сумма вкладов всех присутствующих ионов. Например, молярная рефракция вещества АХВУ равна сумме ионных рефракции входящих в состав ионов, умноженных на их концентрации в многокомпонентном веществе
Ионная рефракция зависит от поляризуемости ионов, поэтому для больших ионов с низкой силой поля значения рефракции велики. Изменение ионной рефракции объясняет многие закономерности изменения показателя преломления стекол. Использование молярной рефракции подчеркивает роль ионной упаковки при регулировании показателя преломления стекла.
1.3 Дисперсия
Изменение показателя преломления в зависимости от длины волны называется оптической дисперсией или просто дисперсией [5]. Именно она вызывает хроматическую аберрацию оптических линз. В идеале в выбранной области спектра дисперсия должна быть описана кривой изменения показателя преломления в зависимости от длины волны. Одн?/p>