ОптКрN1_25

1. Сандуленко Александр Витальевич 8 921 405 50 69 al_sand@mail.ru

• Оптические кристаллы

2. Литература

1. Ландсберг Г.С. Оптика. 6-е изд. - М.:"Физматлит", 2010. - 848 с.
2. Калитеевский Н.И. Волновая оптика. 5-е изд. - СПб: Изд. «Лань», 2008. – 480 с.
3. Мочалов И.В. Выращивание оптических кристаллов. Часть 1. Конспект лекций (с
грифом УМО) - СПб: НИУ ИТМО. 2012. - 80 с.
4. Мочалов И.В. Выращивание оптических кристаллов. Часть 2. Конспект лекций (с
грифом УМО) - СПб: НИУ ИТМО. 2012. - 122 с.
5. Ефимов А.М. Оптические свойства материалов и механизмы их формирования.
Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. - 103 с.
6. Немилов С.В. Оптическое материаловедение: Физическая химия стекла. Учебное
пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2009. - 113 с.
7. Бутиков Е.И. Оптика. - СПб: Изд. «Лань», 2012. - 608 с.

3. КРИСТАЛЛЫ

Кристаллы (от греч. κρύσταλλος,
первоначально — лёд, в дальнейшем —
горный хрусталь, кристалл), твёрдые тела, в
которых атомы расположены закономерно,
образуя трёхмерно-периодическую
пространственную укладку —
кристаллическую решётку.

4. Требования к оптическим материалам

ТРЕБОВАНИЯ К ОПТИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛАМ
• Твердость
• Теплопроводность
• Тепловое расширение
• Нормированный коэфициент поглощения
• Неоднородность показателя преломления

5. Оптические материалы

ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
• Стекла
• Кристаллы
• Пластмассы
• Жидкости
• Газы

6. СТЕКЛО V/S КРИСТАЛЛ

• Теплота кристаллизации
• Температура плавления
• Регулярная структура
• Анизотропия
• Теплопроводность
• Полуширина спектральных линий
• Диапазон прозрачности
• Коэффициент преломления

7. Температура плавления

• Стекло – Tg не имеет
• Кристаллы Tпл и Теплота кристаллизации
ΔH

8. Теплопроводность

• Алюмоиттриевый гранат - 13Вт/м К
• Сапфир 18 Вт/м К
• Стекло 0.1 -1.5 Вт/м К

9. Ширина линии

• Стекло- десятки-сотни см-1
• Кристаллы – единицы см-1

10.

КРИСТАЛЛЫ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
Разработка технологии производства кристаллов стимулировала:
• развитие технологии производства особочистых веществ и
редкоземельных элементов,
• технологии машиностроения, которые позволили разработать и
создать уникальные ростовые установки, обеспечивающие
возможность получения высоких температур и поддержание этих
температур с высокой точностью и стабильностью,
• электронной техники (высокоточных регуляторов мощности,
высокоточных электронных весов, электронного управления
«горячими» процессами),
• вакуумной техники (глубоковакуумных насосов, осушки и
очистки газов).

11.

ПРИМЕНЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ В
СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКЕ
1. В твердотельных лазерах, в качестве активных сред в
настоящее время применяют:
• кристаллами гранатов,
активированные TR3+ ионами TR3(Al,Sc,Ga)5O12 :TR3+
• кристаллы тикора - корунда,
активированного титаном
Al2O3:Ti3+
• кристаллы александрита,
активированные хромом
BeAl2O4:Cr3+
• некоторые фториды,
активированные TR3+ ионами YLiF4:TR3+; BaY2F8:TR3+
• двойных вольфраматов и
молибдатов
KGd(WO4)2:TR3+
• ванадата иттрия ,
активированные TR3+ ионами
YVO4:TR3+

12.

ПРИМЕНЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ В
СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНИКЕ
2. В радиотехнике широко применяются кристаллы
кварца - SiO2, железо-иттриевого граната - Y3Fe5O12
3. Монокристаллы некоторых металлов (алюминий - Al,
свинец - Pb и др.) используются как фильтры при получении
монохроматического нейтронного излучения.
4. Сцинциллирующие кристаллы (щелочногалоидные
кристаллы, легированные таллием – NaJ:Tl, а также антрацен,
стильбен, фенантрен и пр.) служат счетчиками ядерного и
рентгеновского излучения.
5. Разнообразные полупроводниковые кристаллические
пленочные схемы Ge, Si позволяют создавать новые
микроминиа-тюрные интегральные радиоэлектронные схемы
для компьютеров, мобильных телефонов, домашней
радиоэлектронике

13. Виды оптики

• 1.
Проходная
(окна,
линзы)
2.
Лазерная
(Активные
среды)
3. Нелинейная оптика
нелинейные
эффекты квадратичные кубические
4.Поляризационная.

14.

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ КРИСТАЛЛОВ ПО
ОБЛАСТЯМ ПРИМЕНЕНИЯ

15.

1. КРИСТАЛЛЫ ПРОХОДНОЙ ОПТИКИ.
CaF2, MgF2, LiF, MgF2, Al2O3, Y3Al5O12, ZrO2, SiO2, SiC,TiO2,
SrTiO3, Ge, ZnSe, ZnS

16. ZnSe

17. CaF2

18. Спектр пропускания кристалла BaF2

19. Спектр пропускания кристалла Ge

20. Кварцевое стекло

21.

2. КРИСТАЛЛЫ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ ОПТИКИ
MgF2, YVO4, CaCO3

22.

3. ЛАЗЕРНЫЕ КРИСТАЛЛЫ
Al2O3:Cr3+,
Al2O3:Ti3+,
Al2BeO4:Cr3+,
KGd(WO4)2:TR3+, YLiF4:TR3+, YVO4:TR3+.
Где TR3+
Nd3+, Er3+, Ho3+,Tm3+, Yb3+.
Y3Al5O12:TR3+,

23. Ионы-активаторы

Ионы переходной группы d- элементы
Ионы редкоземельной группы f- элементы

24. Ионы активаторы

25. Активные среды лазеров

26. Смешанные гранаты с неодимом

27. Кристаллы Иттирий литиевого фторида YLF:Nd

28. Кристаллы КГВ:Nd KGd(WO4)2:Nd

29. Ионы – активаторы d –элементы

Cr, V, Ti, Ni d-электроны

30. Пассивные кристаллические затворы

YAG:Cr 4+
GSGG:Cr4+:Mg
MgAl2O4:Co2+
YAG:V 3+

31. 4. Кристаллы для нелинейно-оптических преобразователей

4. КРИСТАЛЛЫ ДЛЯ НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
LiNbO3, KTiOPO4 – {KTP}, KGd(WO4)2 – {KGW}, Ва2NaNb5О15
– {BANAN}, KH2PO4 – {KDP},
KD2PO4 – {DKDP}, α-BaB2O4 – {BBO},
LiB3O5 – {LBO}, Ba(NO3)2,- {BNO}, C – {Diamond}

32. Нелинейная оптика

• Линейный оптический эффект
• Генерация второй гармоники
• Самофокусировка
• Вынужденное комбинационное рассеяние

33. Кристаллы для генерации гармоник

Кристаллическая структура:
Ромбическая, точечная группа
Температура плавления 1172 ° C
•высокий нелинейно-оптический
коэффициент;
• большая ширина углового синхронизма

34. Дигидроортофосфат калия KH2PO4 

Дигидроортофосфат калия KH2PO4
Температура
400 °C
кипения
• Дигидроортофосфат калия KH2PO4 (дигидрофосфат калия,
монофосфат калия) —калиевая соль ортофосфорной
кислоты; порошок белого цвета плотностью 2,34 г/см³
• При температуре 252,6° разлагается: KH2PO4 = KPO3 + H2O.
• Растворимость в воде следующая: при 20 °C в 100 мл
растворяется 22,6 г, при 90 °C — 83,5.

35. Лазерная Керамика

36. Использование YAG:Nd слэба в усилительном модуле Northrop Grumman