Стекло - Карельская Государственная Педагогическая Академия
advertisement
Карельский Государственный Педагогический Университет Стекла Выполнила: Чуркина Ю. 553 гр. (2006 г.) История: Стекло известно людям уже около 55 веков. Самые древние образцы обнаружены в Египте. В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к 2000 году до нашей эры. Раскопки свидетельствуют, что на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад. А первое упоминание о русском стекольном заводе (он был построен под Москвой возле деревни Духанино) относится к 1634 году. Несмотря на столь древнюю историю, массовый характер производство стекла приобрело лишь в конце прошлого столетия благодаря изобретению печи Сименса-Мартина и заводскому производству соды. А уж листовое стекло - вещь и вовсе современная. Технология его изготовления была разработана в нашем веке. Стекло - такое состояние аморфного вещества, которое получается при затвердевании переохлажденной жидкости. Пространственное расположение частиц вещества, находящегося в стеклообразном состоянии, является неупорядоченным, что подтверждается результатами рентгеноструктурных исследований. Было установлено, что рентгенограммы кварцевого стекла лучше всего интерпретируются в рамках модели непрерывной беспорядочной сетки тетраэдров SiO4 . Атом кремния, окруженный четырьмя атомами кислорода, и отражает ближний порядок в структуре стекла. Для изучения строения стекла существует два способа: дифракция рентгеновского излучения (см. слайд 5) и электронная дифракция (см. слайд 6) 1. – исследовали металлическое стекло Zr65 Co35 . Дифракционная картина от стекла очень проста (а): наблюдается два сильных размытых max интенсивности отраженного излучения. Стекло является не равновесной структурой, и поэтому нагрев до достаточно высоких температур приводит к переходу стекла в кристаллическое состояние. На графике видно, что термообработка привела к изменению дифракционной картины и появляется много узких пиков, высоты которых сильно отличаются. По пикам можно определить расстояние между отражающими плоскостями и определить ЭЯ КР. 2- используется в электронных микроскопах. В центре виден кристалл круглой формы, поперечный размер которого около 15 нм, отчетливо видно атомные плоскости кристалла. Материал вокруг него находится в некристаллическом состоянии. Дифракционные картины. Стеклообразное состояние, хотя и является твердым по внешним признакам, существенно отличается от кристаллического состояния. Во-первых, в стеклообразном состоянии атомы не обладают дальним порядком, то есть стекло не кристаллическое, а аморфное состояние. Так же как и в жидкости, в расположении атомов обнаруживается ближний порядок, то есть часть атомов оказывается сгруппированной в небольшие кристаллические кластеры. Правда, в жидкости состав этих кластеров непрерывно меняется: одни разрушаются, другие образуются, а средний размер кластеров зависит от температуры. В стекле же кластеры оказываются как бы замороженными. Структуру стекла можно коротко охарактеризовать как замороженный слепок той структуры, которой обладала жидкость в начале процесса стеклования. Во-вторых, стеклообразное состояние не является равновесным. Если температура стекла не намного ниже температуры стеклования, то структура стекла медленно изменяется, приближаясь к равновесному состоянию переохлажденной жидкости, и, кроме того, может наблюдаться переход из стеклообразного состояния в кристаллическое. Классификация стекол: К стеклам можно отнести обширную группу некристаллических отличающихся по химическому составу и технологии изготовления. классификация стекол по их химическому составу может быть следующей: материалов, Упрощенная 1. Элементарные стекла. Это материалы, образованные одним элементом, таким как Si, Ge, Se, B, P. Элементарные стекла представляют собой главным образом научный интерес, хотя некристаллический кремний широко используется в качестве рабочего материала солнечных батарей, а селен – в качестве сверхчувствительного материала в копировальной технике (лазерные принтеры, ксерография) 2. Оксидные стекла. Основой этих стекол являются оксиды SiO2, GeO2, P2O5,B2O3 и другие. Соответственно при добавлении некоторых металлов образуются силикатные, германатные, фосфатные и боратные стекла. Так, оконное стекло является силикатным и может содержать 60-70 масс % кремнезема, а остальное – оксиды CaO, Na2O, Al2O3, MgO и др. Оксидные стекла очень хрупки при комнатной температуре и являются прозрачными диэлектриками. Область использования оксидных стекол очень широка: научное приборостроение, строительство, промышленность, декоративное искусство. 3. Халькогенидные стекла. Эти стекла образованы сульфидами, селенидами и теллуридами элементов, например GeS2, P4Se4, As4Te. Эти стекла обладают худшими механическими свойствами и более низкой термической стабильностью по сравнению с оксидными стеклами. Почти все халькогенидные стекла интенсивно поглощают в видимой части спектра и являются непрозрачными материалами с полупроводниковыми свойствами. Халькогенидные стекла находят применение в качестве сред, прозрачных в инфракрасной области спектра, а также используются в копировальной технике. 4. Металлические стекла. Различают металлические стекла типа металл – металл (например, Cu50Zr50, Ni60Nb60) и типа металл – металлоид (например, Fe80B20, Pb80Si20). Эти стекла обладают металлическим типом проводимости, очень прочны и пластичны при комнатной температуре. Металлические стекла применяются в технике, в основном в качестве высококачественных магнитомягких материалов. 5. Полимерные стекла. Образуются полимерами с нерегулярными последовательностями мономеров (например, полистирол), а также сетчатыми (разноцветными) полимерами. Некристалличность этих материалов является следствием нерегулярности исходной молекулярной структуры. Часто применяются в качестве конструкционных и электроизоляционных материалов. Перечисленные выше стекла относятся к так называемым структурным стеклам, характеризуемым неупорядоченностью в расположении составляющих их атомов или молекул. Однако при более широком смысле к стеклам относятся материалы с пространственной неупорядоченностью какого-либо параметра. Например, в спиновом стекле отсутствует упорядоченность в пространственном расположении магнитных моментов атомов. При этом в структурном отношении спиновое стекло может быть как кристаллом, так и стеклом. 2 Стеклование: При медленном охлаждении ниже точки кристаллизации жидкость оказывается в переохлажденном состоянии. Это состояние жидкости является метастабильным, то есть через некоторое время она должна перейти в кристаллическое состояние, которое ниже точки кристаллизации является энергетически выгодным. Если кристаллизация жидкости состоялась, то стеклование наблюдать уже не удастся. Однако если кристаллизация жидкости по некоторым причинам затруднена, то есть время жизни метастабильного состояния достаточно велико, то при быстром охлаждении переохлажденной жидкости ее вязкость быстро возрастает и она переходит в твердое аморфное состояние. Переход из стеклообразного состояния в кристаллическое состояние хотя и возможен, но связан с большими временами ожидания, а во многих случаях является практически не наблюдаемым. Возможность получения стеклообразного состояния вещества определяется тем, насколько легко происходит его кристаллизация. По этому признаку вещества можно условно разделить на три группы. К первой группе относятся многие органические полимерные жидкости. Кристаллизация таких жидкостей затруднена из–за малой подвижности ее длинных полимерных молекул, находящихся в сложном переплетенном состоянии. Даже при очень медленном охлаждении такой жидкости она, не кристаллизуясь, доходит до температур, при которых происходит ее стеклование. Такие жидкости иногда называют естественно аморфными. Естественно аморфными являются многие природные смолы. Вторую группу образуют вещества, которые хорошо поддаются как кристаллизации (при медленном темпе охлаждения), так и стеклованию. Классическим примером является глицерин. Для таких веществ можно производить измерение характеристик, как кристалла, так и переохлажденной жидкости при одинаковых температурах, что оказывается важным для понимания природы стеклования. Жидкости первой и второй групп называются стеклообразующими. К третьей группе относятся легко кристаллизующиеся вещества, для которых существование стеклообразного состояния долго считалось невозможным. Классическим примером таких веществ можно считать чистые металлы и различные сплавы. Однако в последнее время появились методы получения сверхбыстрого охлаждения до 108К/с. При столь быстром охлаждении удалось получить аморфное состояние многих металлов и сплавов. Стеклование по многим внешним признакам имеет много общего с фазовым переходом второго рода. Примерно при тех же температурах, когда вязкость жидкости достигает характерных для стекла высоких значений, в ней наблюдаются критические явления, связываемые обычно с фазовыми переходами. В узком температурном интервале резко меняются многие свойства вещества, например теплоемкость и сжимаемость. Меняется характер зависимости теплопроводности от температуры, резко изменяются диэлектрические 3 свойства. Поэтому для стеклования используется понятие «переход» (по-английски glass transition, vitrification) и определяют температуру этого перехода – температуру стеклования. Однако,, несмотря на внешнее сходство, стеклование не является фазовым переходом в прямом смысле. Не существует однозначно определенной температуры перехода, как в случае с фазовых переходов. Но, самое главное, стеклование является не равновесным, а динамическим переходом. Температура стеклования зависит от темпа охлаждения: чем больше скорость уменьшения температуры, тем выше температура стеклования (см. рис.1). Структура и свойства получающегося при переходе стекла также зависят от темпа охлаждения. Это состояние не является равновесным не только по отношению к переходу в кристалл, но и по отношению к равновесному (хотя и метастабильному) состоянию переохлажденной жидкости. Неупорядоченность структуры стекла определяет повышенную энергию стекла в сравнении с кристаллическим состоянием. Поэтому при любой температуре в стекле идут самопроизвольные необратимые атомные перестройки, результатом и движущей силой которых является уменьшение свободной энергии структуры. Совокупность этих перестроек принято называть структурной релаксацией. Некристалличность структуры при этом сохраняется. Скорость структурной релаксации, то есть число атомных перестроек в единицу времени в единице объема, сильно зависит от температуры и тепловой предыстории. Обычно при комнатной и более низких температурах эта скорость очень низка, хотя и измерима. Специалистам известен факт: оконные стекла в очень старых зданиях, возраст которых измеряется сотнями лет, заметно толще в нижней части. Стекло как бы медленно течет под действием земного притяжения. Это течение и есть одно из проявлений структурной релаксации. Ибо сила тяжести делает ее направленной. В кристаллах такие процессы невозможны, кристаллическая решетка держит сама себя. Производство стекла: Несмотря на успехи в других отраслях стеклоделия, иногда очень сложных и требовавших большого уменья, изготовление обыкновенного листового стекла, необходимейшей принадлежности минимально комфортабельного человеческого жилья, никак не удавалось. Люди вынуждены были до конца средневековья довольствоваться всевозможными неполноценными заменителями, вроде слюды,- бычьих пузырей, промасленных тканей и т. п. Впервые оконное стекло появляется на рубеже старой и новой эры летосчисления у римлян. Оно изготовлялось путем отливки в виде листов толщиной около 1 см и площадью до 0,5 кв. м. Стекло не было прозрачным, так как одна сторона его, прилегавшая к форме, получалась шероховатой. Форма имела вид противня или поддона и, по всей вероятности, была сделана из глины, смешанной с песком. Проблема остекления жилья продолжала сохранять свою остроту до конца средневекового периода, когда начал широко применяться лунный способ изготовления листового стекла, впервые предложенный еще в XIV веке. В основу способа положен принцип выдувания (см. слайд 14). Мастер набирает на трубку за несколько приемов большое количество стекла и выдувает толстостенный шар (позиция а), которому посредством обычных манипуляций придает сплющенную форму (позиция б). Затем он прилепляет «понтию» и «отшибает» заготовку от трубки (позиция в). После этого прибегают к оригинальному приему, в котором состоит все своеобразие лунного способа. Заготовку начинают вращать с возрастающей скоростью вокруг ее оси. Вследствие постепенно развивающейся центробежной силы она все более и более раскрывается, пока, наконец, не принимает форму совершенно плоского диска толщиной около 2—3 мм и диаметром. Но при получении стекла, происходит его растяжка и постепенно стекло «рвется» как резина. Борьба со всеми этими явлениями закончилась лишь в начале XX в., когда было найдено сразу два решения, имевших одинаковый успех и 4 приведших к двум технологическим процессам, поделившим между собой на приблизительно равные части мировой рынок потребления листового окон ного стекла. Первое решение принадлежит бельгийскому инженеру Фурко. Фурко предложил опустить на поверхность расплавленного стекла сделанный из огнеупорной глины брус, с сквозной щелью по всей его длине. Это тело он назвал «лодочкой». Обожженная глина легче стекла, а потому лодочка плавает на его поверхности. Если начать нажимать на нее сверху, то через щель будет выдавливаться снизу вверх стекломасса и с тем большим напором, чем глубже мы будем утапливать лодочку. Как только стекломасса начнет показываться из щели лодочки, сверху навстречу ей опускают «приманку»— горизонтально подвешенный железный стержень, который приводят в соприкосновение с выступающим гребнем стекла. Раскаленные металлы обладают свойством крепко свариваться, склеиваться с расплавленным стеклом, и когда мы начнем поднимать приманку, за ней потянется лента стекла . В дальнейшем такое производство стекла получило массовый характер (см. слайд 14 рис.358). Производственный процесс получения полированного стекла распадается, как известно, на две последовательные стадии: шлифовку и полировку (см. слайд 15). Шлифовка преследует две цели: прежде всего путем удаления излишков стекла с необработанной заготовки приблизить ее геометрическую форму к заданной; затем постепенным удалением неровностей, образовавшейся грубой матовой поверхности, выгладить ее, подготовить ее структуру к состоянию, наиболее удобному для последующей полировки. Первая операция носит обыкновенно название «обдирки», или «грубой шлифовки»; вторая — «тонкой шлифовки». Цель же полировки — окончательно сгладить микронеровности шлифованного стекла для придания ему полной прозрачности и блеска . Применение стекла: Стекло применяется в различных областях производства и повседневной жизни. народное хозяйство: строительная промышленность, производство стеклотары, стеклоаппаратов, химической посуды; электровакуумная промышленность, использование стекла в качестве декоративного материала, оптическая промышленность и приборостроение. "художественное стекло»: художественная столовая посуда, монументальные стеклянные изделия (барельефы, торшеры, вазы, люстры и др.) и разнообразные отделочные материалы (плитки и листы для облицовки стен, полов зданий, карнизы, фризы и др., использование стекла в витражах),производство смальт (непрозрачных стекол). стеклоэмали: защитное покрытие, предохраняющее металлические изделия от разрушения и придающее им внешний вид, удовлетворяющий эксплуатационным и эстетическим требованиям, при изготовлении химической и пищевой аппаратуры, посуды, изделий санитарной техники, труб, вывесок, облицовочных плиток, ювелирных изделий. оптическая промышленность: современные точнейшие оптические приборы во всем разнообразии их типов и назначений (обычные очки, микроскопы, телескопы, фото- и киноаппараты и др.). лазерные стекла: это многокомпонентные стекла различной природы (силикатные, фосфатные, фторбериллатные, боратные, теллуритные и др.), активированные неодимом. Лазеры могут быть миниатюрными, как, например, используемые в медицине, и могут представлять собой мощные системы, применяемые в термоядерном синтезе. Лазеры применяются также в научных исследованиях, геодезии, при точной обработке металлов. 5 кварцевое стекло: структурной основной единицей кварцевого стекла является кремнекислородный тетраэдр. В кварцевом стекле имеются свободные структурные полости, ограниченные в пространстве мостиковыми атомами кислорода кварцевое стекло обладает наиболее высокой газопроницаемостью (гелий, водород, неон) по сравнению с другими силикатными стеклами. Используется для изготовления оптического волокна Оптическое волокно: Оптическое волокно считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. В настоящее время волоконно-оптические кабели проложены по дну Тихого и Атлантического океанов и практически весь мир "опутан" сетью волоконных систем связи (Laser Mag.-1993.-№3; Laser Focus World.-1992.-28, №12; Telecom. mag.-1993.-№25; AEU: J. Asia Electron. Union.-1992.-№5). Европейские страны через Атлантику связаны волоконными линиями связи с Америкой. США через Гавайские острова и остров Гуам - с Японией, Новой Зеландией и Австралией. В сеть тихоокеанских ВОЛС вошли Тайвань, Гонконг, Малайзия, Сингапур, Филиппины, Бруней, Тайланд, а также Корея и КНР. Волоконно-оптическая линия связи соединяет Японию и Корею с Дальним Востоком России. На западе Россия связана с европейскими странами ВОЛС С.-Петербург - Кингисепп - Дания и С.-Петербург - Выборг - Финляндия, на юге - с азиатскими странами ВОЛС Новороссийск Турция. Конструкция оптического волокна. Оптическое волокно состоит из световедущей сердцевины, окруженной оболочкой, у которых разные показатели преломления. Оба элемента производятся из высокочистого кварцевого стекла. Полученное в процессе вытяжки оптическое волокно затем покрывается одним или двумя слоями защитного пластикового покрытия, распространенным материалом для которого является акрилат. От покрытия зависит прочность волокна. В основе распространения света по сердечнику лежит принцип полного внутреннего отражения, который реализуется за счет того, что коэффициент преломления сердечника выше коэффициента преломления оболочки. На входе волоконнооптического тракта модулируемый источник света преобразует входные электрические сигналы в модулированный (как правило по интенсивности) свет, который распространяется по волокну, связанному с источником. На другом, принимающем конце линии оптические сигналы преобразуются фотодетектором обратно в электрические сигналы. На линиях большой протяженности иногда используются регенераторы, состоящие из приемника, усилителя и передатчика. В современных волоконных оптических линиях связи (ВОЛС) также находят применение оптические усилители. Оптическое волокно представляет собой цилиндр из легированного кварцевого стекла. Для передачи сигналов используются два вида волокна: одномодовое и многомодовое (см. слайд 18). Название волокна получили от способа распространения излучения в них. В одномодовом волокне диаметр световодной жилы порядка 8-10мкм, то есть сравним с длиной световой волны. При такой геометрии в волокне может распространяться только один луч (одна мода) В многомодовом волокне размер световодной жиды порядка 50-60мкм, что делает возможным распространение большого числа лучей (много мод). Оба типа волокна характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией. Затухание обычно измеряется в дБ/км и определяется потерями на поглощение и на рассеяние излучения в оптическом волокне. Потери на поглощение зависят от чистоты материала, а на рассеяние – от неоднородностей показателя преломления материала. Применение: передача информации на большие расстояния (телефон, ТВ, Интернет), оптоэлектроника, передача световой энергии(лазерная техника, световоды) 6 Фотонные кристаллы: Фотонные кристаллы (photonic crystals) – это относительно новое направление современного материаловедения, связанное с созданием высокоэффективных светодиодов, лазеров, новых типов световых волноводов, оптических переключателей и фильтров с перспективой создания устройств цифровой вычислительной техники на основе фотоники. В общем случае, фотонный кристалл – это материал, структура которого характеризуется периодическим изменением коэффициента преломления. Как известно, кристаллы всех типов могут эффективно рассеивать некоторые виды излучения при условии, что параметры решетки кристалла имеют тот же порядок, что и длина волны излучения. Аналогичным образом, будучи прозрачными для широкого спектра электромагнитного излучения, фотонные кристаллы не пропускают свет с длиной волны, сравнимой с периодом структуры фотонного кристалла. Эти спектральные диапазоны получили название “фотонные запрещенные зоны” (photonic band gap, PBG). В настоящее время наибольший интерес представляют фотонные кристаллы, для которых PBG лежит в видимой (400 – 700 нм) или в ближней инфракрасной (1 – 1,5 мкм) областях спектра. С общей точки зрения фотонный кристалл является сверхрешеткой (crystal superlattice) средой, в которой искусственно создано дополнительное поле с периодом, на порядки превышающим период основной решетки. Для фотонов такое поле получают периодическим изменением коэффициента преломления среды - в одном, двух или трех измерениях (1D-, 2D-, 3D-фотонные структуры соответственно). Если период оптической сверхрешетки сравним с длиной электромагнитной волны, то поведение фотонов кардинально отличается от их поведения в решетке обычного кристалла, узлы которого находятся друг от друга на расстоянии, много меньшем длины волны света. Поэтому такие решетки и получили особое название - фотонные кристаллы. Некоторые фотонные кристаллы встречаются в природе. Яркие африканские бабочкипарусники (Princeps nireus) давно и успешно используют технологию светодиодов, которые применяются сегодня практически во всех приборах, окружающих нас в повседневной жизни — от компьютерных дисплеев до цифровых экранов телевизоров. Изучая строение и функции крылышек африканских бабочек, д-ра Пит Вукусич (Pete Vukusic) и Ян Купер (Ian Hooper) из университета Экстера обнаружили, что между чешуйчатым покрытием крылышек этих насекомых и светодиодами существует много общего. Чешуйки содержат микроскопические структуры, т.н. фотонные кристаллы, которые действуют в точности так же, как и специальная система зеркал в светодиодах. Именно поэтому зеленые и голубые полоски на черных крыльях излучают яркий зелено-голубой свет — так бабочки посылают световые сигналы своим сородичам. Интереснее всего то, что фотонная система крылышек бабочек, в отличие от сложной системы в промышленных светодиодах, не является строго упорядоченной и в то же прекрасно работает. Получение фотонных кристаллов: прототипом для создания искусственных фотонных кристаллов получила сверхрешетка опала (см слайд 20). Например, в одной из самых первых работ по синтезу фотонных кристаллов, выполненной в Физико-техническом институте (Санкт-Петербург) и МГУ в 1996 году, была создана технология получения оптически совершенных синтетических опалов на основе сфер микроскопического размера из двуокиси кремния. Технология позволяла варьировать параметры синтетических опалов: диаметр сфер, пористость, показатель преломления. Решетки, образованные плотноупакованными сферами из двуокиси кремния (рис. 3а), содержат пустоты, занимающие 7 до 25% от общего объема кристалла, которые могут заполняться веществами другого сорта. Изменение оптических свойств опалов при наполнении пустот водой было известно уже ученым древнего мира: очень редкая разновидность опала - гидрофан (hydrophane), на старорусском - водосвет, становится прозрачной при погружении в воду. В современных разработках это свойство фотонного кристалла пытаются использовать для создания переключателя света - оптического транзистора. Другой способ получения фотонных кристаллов на основе реплик («обратных кристаллов»).Примером подобных работ являются исследования, проведенные в университете Торонто, в которых использовалась кремниевая реплика (см. слайд 20 (б)) искусственного опала (если узлы обычного опала представляют собой огромные по атомным меркам шары, то узлами реплики будут того же размера шарообразные пустоты). Полученный кристалл не пропускал свет в узкой полосе длин волн от 1,38 мкм до 1,62 мкм. Дополнительные свойства ему придали, покрыв внутреннюю поверхность узлов - пустот тонким слоем вещества с другим коэффициентом преломления (см. слайд 20(в)). В Торонто для этого использовали жидкокристаллическую композицию, что позволило управлять положением запрещенной зоны с помощью магнитного и электрического полей и таким путем манипулировать световыми потоками в кристалле. В заключении хотелось бы привести один интересный пример изготовления оптических волокон на основе фотонных кристаллов (см. слайд 21). Создание фотонных кристаллов и оптических волокон («дырчатых» световодов) на их основе является одним из наиболее значительных доствижений оптических технологий последних лет. Это научное направление в настоящее время бурно развивается: в мире стремительно растет число научных групп, занимающихся исследованиями фотонных кристаллов, открываются новые потенциальные области их применения. В настоящее время известны два типа волоконных световодов со структурой фотонных кристаллов. Это волоконные световоды со сплошной световедущей жилой, о которых упоминалось выше, и волоконные световоды с полой световедущей жилой. В России и те, и другие называются дырчатыми волокнами, хотя на самом деле между ними существует важное различие в механизмах, обеспечивающих волноведущие свойства световодов. Дырчатый световод со сплошной световедущей жилой представляет собой сердцевину из кварцевого стекла в оболочке из фотонного кристалла (кварцевое стекло с воздушными полостями-каналами), имеющей более низкий средний коэффициент преломления по отношению к жиле. Поэтому волноведущие свойства таких световодов обеспечиваются одновременно двумя эффектами: полного внутреннего отражения, как в обычных световодах, и зонными свойствами фотонного кристалла. Наличие оболочки в виде фотонного кристалла существенно отличает дырчатые волокна от обычных волоконных световодов. Дырчатые световоды с большим диаметром световедущей жилы также могут использоваться в качестве среды передачи световых потоков высокой интенсивности. Благодаря своим уникальным дисперсионным свойствам, дырчатые световоды уже находят свое применение в качестве компенсаторов дисперсии в волоконных системах связи. Они достаточно легко и с малыми потерями привариваются к стандартному оптическому волокну и совмещаются с другими элементами волоконно-оптических систем. В дырчатом волокне с малыми размерами соответствующей жилы снижаются пороги всех нелинейных эффектов, что представляет большой интерес для создания эффективных рамановских лазеров и усилителей, генераторов континуума и оптических переключателей. Очень привлекательной является идея создания генератора суперконтинуума — источника белого света с очень высокой энергетической яркостью. Такие источники могут применяться в DWDMсистемах, а также в спектроскопии и метрологии. Технология изготовления дырчатых волоконных световодов с полой световедущей жилой практически не отличается от технологии аналогичных световодов со сплошной световедущей жилой. Основное отличие этого волокна заключается в том, что световедущая жила представляет собой не кварцевый стержень, а воздушную полость с диаметром, превышающим диаметр d регулярных воздушных каналов в оболочке (рис. 8). Такая структура 8 может направлять излучение видимого и ближнего ИК диапазонов. В этом случае волноводный режим обеспечивается исключительно зонной структурой фотонного кристалла. Свойства дырчатых световодов с полой световедущей жилой (потери, дисперсионные и нелинейные характеристики) изучены недостаточно. Ясно лишь то, что свет в таких световодах, в отличие от стандартных, распространяется преимущественно в полой сердцевине, а не по кварцу. Казалось бы, что потери в таких световодах должны быть очень низкими, так как материальное поглощение и релеевское рассеяние в воздухе ничтожны по сравнению с кварцевым стеклом. Дырчатые световоды со сплошной световедущей жилой в ближайшие годы могут найти практическое применение в широкополосных волоконно-оптических сетях в качестве среды передачи оптических сигналов и функциональных устройств волоконных сетей связи. Еще одна возможность, предоставляемая оптоволокном на основе фотонных кристаллов, заключается в следующем (см. слайд 21). Радиус изгиба обычного стекловолокна не может быть очень маленьким, иначе свет покинет волновод. Поэтому для изменения движения волны, например, на 90º требуется расстояние не менее 10 длин волн (слайд 21 (а)), а в волноводе на основе фотонных кристаллов требуется расстояние порядка одной длины волны и даже меньше (см. слайд 21 (б)). «умное стекло» (см. слайд 22) Британская компания Glass UK выпускает на рынок свою новую разработку, которая, как заявляют представители компании, снова выводит их в лидеры в области «умных стекол». Главным компонентом новинки, названной 'Blink', является жидкокристаллический полимер, благодаря которому стекло из прозрачного становится матовым и на нем, как на экране, можно демонстрировать презентацию или видео – стоит лишь замкнуть электрическую цепь. PA-LA (жидкокристаллический полимер) – это изготовленная по новой технологии пленка, которая помещается между двумя пленками оксидов индия и олова, а затем между двумя листами стандартного флоат-стекла. «Умное стекло» настолько похоже по структуре на обычный триплекс, что даже устанавливается точно таким же образом. Blink предлагает целый ряд новых возможностей, и в том числе защиту для нежилых и жилых зданий. Прежде всего, 'Blink' может стать неоценимым дополнением в конференц-залах и залах для проведения презентаций, поскольку на него можно проецировать изображения с высоким разрешением. Таким же образом точки розничной торговли и крупные магазины могут использовать это стекло для информирования покупателей и решения своих рекламных задач, а жители домов – для просмотра телепрограмм и видео. Его также можно применять как обычное прозрачное стекло для остекления окон и дверей, но стоит нажать на выключатель – и Blink становится матовым, защищая находящихся в помещении от любопытных взоров. Данная технология применима к изогнутым стеклам, а также стеклам любой формы и размера по требованию заказчика. Более того, достаточно наложить на поверхность ЖКД отражающую зеркальную пленку – и у Вас получится фронтпроекционный экран. Blink может изготавливаться по индивидуальным размерам заказчика и устанавливаться в многокамерных стеклопакетах, дверях или межкомнатных перегородках. Оно обладает высокой степенью защиты от ультрафиолетовых лучей (98%) и соответствует всем действующим нормативам по безопасности. Список литературы: Хоник В.А. Стекла: структура и структурные превращения // Соросовский Образовательный Журнал. 2001. №3.с.95-102 Черноуцан А.И. Физические свойства процесса стеклования // Соросовский Образовательный Журнал. 2001. №3.с.103 9 Шульц М.М. Стекло: структура, свойства, применение // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. №3.с.50-55 10
