СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УФ-ФИЛЬТРА Российский патент 1997 года по МПК G02B5/22 G02B1/02 

Изобретение относится к оптике и оптическим материалам, точнее к вырезающим УФ-светофильтрам, и может быть использовано в оптических приборах, построенных на принципе фотолюминесценции и различных исследованиях.

Известен вырезающий УФ-светофильтр [1] для выделения излучения первой резонансной линии ртути -185 м и поглощения второй резонансной линии 254 мм на основе кристалла фтористого бария с примесью трехвалентного эрбия в форме ErF₃ в количестве 7,0 мас. выращенного с фторирующей присадкой PbF₂ в количестве 0,5-1,0 мас. (в шихте). Этот способ дает светофильтр с фотохимической стойкостью по отношению к обесцвечивающему излучению в области 254 нм в течение по крайней мере 15 ч при светопропускании в рабочих областях длин волн 254 нм и 185 нм на уровне 0,1% и 30% cоответственно. Недостатком этого способа изготовления светофильтра является количественное ограничение примеси трехвалентного эрбия из-за ухудшения прочности кристалла. Поэтому указанные результаты достигаются за счет увеличения толщины УФ-светофильтра до 19 мм.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ изготовления вырезающего УФ-светофильтра по отношению к линии 254 нм на основе монокристаллического фтористого лития [2] который облучают γ радиацией от изотопа Со⁶⁰. Образующиеся при этом в кристалле F-центры окраски имеют интенсивную полосу поглощения с максимумом на длине волны 242 нм, т.е. вблизи 254 нм. Этот светофильтр имеет начальное соотношение светопропускания 0,1 и 40% на длинах волн 254 и 185 нм соответственно при толщине 0,8 мм. Однако он имеет малую фотохимическую стойкость в области 254 нм и за 1,5 ч работы под действием УФ-облучения увеличивает свое светопропускание на линии 254 нм до 1% т.е. в 10 раз по сравнению с начальным значением.

Целью данного изобретения является создание фотохимически стойкого УФ-светофильтра фильтра с поглощением в районе 270-320 нм, высоким пропусканием на длине волны 121,6 нм (резонансная линия излучения водорода).

Указанная цель достигается тем, что пластину из монокристаллического фтористого магния облучают квантами с энергией 10 -15 эВ, при экспозиции 200-300 мВт•ч и температуре 200-300^oC.

Сущность изобретения состоит в том, что за полученное поглощение светофильтра ответственны радиационные центры окраски, возникающие в результате взаимодействия энергичных квантов с электронами основной решетки кристалла. Возбужденные электроны, захваченные анионными вакантными узлами решетки, образуют первичные F-центры с максимумом поглощения в области 260 нм. При повышенных температурах (200-300^oC) F-центры коагулируют в более сложные многочисленные М-центры с минимумом пропускания в областях 270, 300, 350, 430 нм. При длительном облучении все эти полосы поглощения перекрываются и сливаются в одну широкую полосу с минимумом пропускания в области 270-320 нм. В отличие от g -радиации, УФ-облучение относится к непроникающей радиации и УФ-кванты взаимодействуют только с поверхностью пластинки из фтористого магния, а центры окраски образуются только в поверхностных микродефектах кристаллической решетки светофильтра.

Поэтому УФ-облучение по предлагаемому способу создает условия быстрого насыщения поверхностного слоя толщиной до F-центрами и фактически полного их преобразования в М-центры. При этом, в отличие от γ радиации, влияние УФ-облучения на пропускание фтористого магния в далеком ультрафиолете незначительно и в области 121,6 нм готовый светофильтр после УФ-облучения имеет высокое пропускание.

В таблице представлены результаты изготовления вырезающего светофильтра на базе монокристалла фтористого магния по предлагаемому способу. Облучению подвергались пластины толщиной 1 мм. Были опробованы режимы облучения при экспозиции от 20 до 350 мВТ•ч и температурах пластин от 100 до 350^oC. Оптимальными характеристиками для вырезающего УФ-светофильтра является пропускание на длине волны 121,6 нм более 40% а в области 270-320 нм менее 3% Указанные характеристики получены для границ, очерченных в таблице и взяты за основу в предлагаемом способе.

Достигаемый результат демонстрируется на чертеже зависимостями пропускания в УФ-области из фтористого магния толщиной 1 мм до облучения (кривая 1) и после облучения (кривая 2). Как видно, облучение придает зависимости пропускания в ближней УФ-области форму опрокинутого колокола с минимумом пропускания в области 270-320 нм. При этом получено пропускание на длине волны 121,6 нм порядка 50%
Преимуществом светофильтра, изготовленного по предлагаемому способу, по сравнению с аналогом, является высокая фотохимическая и термическая стойкость в районе 270-320 нм. Его спектральная характеристика не изменяется в течении 2000 ч при его УФ-облучении. Кроме этого его свойства не меняются при обработке плавиковой, азотной и серной кислотами, а также при нагреве до 500^oC на воздухе. Уменьшение толщины светофильтра в сторону уменьшения ограничивается только механической прочностью пластинки из фтористого магния.

Светофильтры, изготовленные по предлагаемому способу могут применяться в различных исследованиях по изучению люминофоров, возбуждаемых энергичными квантами излучения. Такие светофильтры также необходимы при изучении люминесценции различных веществ, в частности паров воды. Так, в оптических гигрометрах используется фотоионизация паров воды квантами с энергией 10,2 эВ ( l 121,6 нм) и регистрируется фотолюминесценция ионов гидроксила OH^- в области 270-320 нм. Поэтому важно, чтобы в спектре излучения источника, применяемого в оптическом гигрометре для фотоионизации паров воды, не было бы собственного излучения в области их фотолюминесценции, что и достигается с помощью предлагаемого светофильтра, подавляющего излучение источника в области спектра 270-320 нм.

Использование: для изготовления светофильтров, используемых в оптических приборах, использующих фотолюминесценцию. Сущность изобретения: при изготовлении УФ-светофильтра пластину из монокристаллического фтористого магния облучают квантами с энергией 10-15 эВ при экспозиции 200-300 мВт •ч и температуре 200-300^oC. 1 ил. 1 табл.

Способ изготовления УФ-светофильтра на основе кристаллического фторида металла, отличающийся тем, что пластину из монокристаллического фтористого магния облучают квантами с энергией 10 15 эВ при экспозиции 200 300 мВт • ч и температуре 200 300^oС.