СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОЛИМЕРНОЙ ОСНОВЕ Российский патент 1999 года по МПК G02F1/35 

Изобретение относится к технологии получения тонких (≤ 1 мкм) композиционных слоев, представляющих из себя диэлектрик с внедренными в него коллоидами металла, и может быть использовано в устройствах нелинейной оптики, например, при проектировании и изготовлении оптических переключателей в пикосекундном диапазоне для оптоэлектроники, направленных соединителей, интерферометров Маха-Цендера и т.д. [1, 2]. Эти оптические переключатели служат для разработки оптических систем параллельной обработки информации, так же как и пространственно временных мультиплексорных передающих систем [3, 4]. Для реализации указанных технических приложений используют такие свойства композиционных материалов, как зависимость показателя преломления n от интенсивности падающего света I в виде n=n₀+n₂I, где N₀ - линейный показатель преломления, а n₂ - коэффициент, зависящий от свойств среды. Практический интерес к рассматриваемым композитам обусловлен наблюдаемыми в них высокими значениями нелинейной восприимчивости третьего порядка χ⁽³⁾ при воздействии лазерными импульсами пикосекундной длительности, вещественная часть которой связана с n₂ соотношением n₂= 12πRe[χ⁽³⁾]/n₀, где n₀ и χ⁽³⁾ выражены в единицах СГСЭ [5]. Как показано в ряде работ [6, 7], такие высокие значения χ⁽³⁾ в композиционной системе проявляются при наличии плазменного резонансного поглощения металлических частиц коллоидного размера (< 20 нм), в спектральной области которого наблюдаются электронные переходы, стимулирующие проявление нелинейно-оптических свойств. Этот эффект был обнаружен в 1985 году и описан в работе [8]. В настоящее время для целей создания нелинейных оптических материалов с высокими значениями χ⁽³⁾ применяются, прежде всего, благородные металлы [5 - 10], медь [6, 9] и др.

Известны различные технологии для формирования металлических коллоидов в среде диэлектрика, например конвекционный метод [5], магнетронное распыление [11] , золь-гель осаждение [12] и т.д. Одним из наиболее перспективных методов для этих целей является технология ионно-лучевой имплантации, результаты которой были продемонстрированы в ряде работ по выращиванию коллоидов металла в объеме стеклянной матрицы [9, 10, 13]. Показано, что композиты, созданные методом ионно-лучевой имплантации, обладают более высокими значениями χ⁽³⁾ по сравнению с традиционными материалами, полученными конвекционными способами [9], поскольку при использовании технологии ионно-лучевой имплантации удается достигать более высоких значений факторов заполнения коллоидными частицами диэлектрической среды при внедрении атомов металла сверх равновесного предела растворимости. Кроме того, известно [14], что ионно-лучевая имплантация может быть применена для формирования коллоидов практически любого металла, а также она позволяет осуществлять строгий контроль за пространственным положением легирующего ионного пучка на облучаемой поверхности образца при одновременной точной дозировке количества внедряемой примеси.

Известно [15], что в оптике и оптоэлектронике широко применяются полимерные материалы, которые защищают полупроводниковые и соединительные элементы от воздействия повышенной влажности, циклических воздействий температуры, механических и вибрационных нагрузок и при этом служат для передачи светового потока. В то же время известно, что полимерные материалы обладают меньшей стоимостью по сравнению со стеклами, что позволяет использовать более простые технологические способы передачи требуемой конфигурации образцу или для формирования тонких слоев.

Известен [16] способ получения композиционных материалов для нелинейной оптики, заключающийся в создании металлических коллоидов в твердотельной полимерной матрице. Этот способ является близким к заявляемому и поэтому выбран в качестве прототипа. Суть способа заключается в том, что с целью создания нелинейной оптической среды поверхность полимера (эпоксиаминного полимера на основе эпоксидной смолы, соединение класса "сложные полиэфиры") подвергают ионно-лучевой имплантации. Для этих целей в формах отличаются полимерные подложки заданного размера, поверхность которых после полного отвердевания (полимеризации) шлифуют и полируют для устранения шероховатостей поверхности и придания подложке оптической прозрачности. Далее образец помещают в вакуумную камеру ионно-лучевого ускорителя ИЛУ-3. Для устранения нагревания образца во время облучения обеспечивают плотный контакт между полимером и охлаждаемым проточной водой держателем. Из конкретного примера, приведенного в публикации [16], описывающей методику получения композиционного материала, следует, что требуемая энергия ионного пучка при облучении полимера однозарядными ионами серебра составляет 30 кэВ, а доза ионизированных атомов от 2,2•10¹⁶ до 7,5•10¹⁶ ион/см² (от 9•10²¹ до 3•10²² атомов/см³) при плотности ионного тока 4 мкА/см² (2,5•10¹³ ион/см²с). Результатом процесса имплантации является формирование в приповерхностной области полимера совокупности коллоидных частиц серебра с размерами менее 20 нм, которые лежат под поверхностью полимера в слое толщиной ≈0,025 мкм на глубине ≈0,015 мкм.

При этом формируемые металлические коллоиды проявляют линейное поглощение в видимой области света на частоте плазменного резонанса серебра, что характеризует данный материал как способный для проявления рассматриваемых нелинейных оптических свойств.

Недостатком прототипа (как, впрочем, и других известных [9, 10] технических решений) является то, что в полученных композиционных материалах значение фактора заполнения металлическими коллоидами, т.е. часть объема системы, занимаемая металлом в коллоидальной форме, не достигает теоретически прогнозируемой величины. Причиной этого является низкая степень собирания внедряемых имплантацией атомов металла в металлические коллоиды. Например, для коллоидов серебра, синтезированных в твердотельном эпоксидном композите способом [16], величина фактора заполнения, оцениваемая по спектру плазменного поглощения по методике, предлагаемой в этой же работе, только лишь при максимальной дозе внедренных атомов 7,5•10¹⁷ ион/см², составляя величину 0,48, немного приближается к теоретически возможному значению 0,55 для толщины слоя ≈0,025 мкм. Как хорошо известно [9], повышение фактора заполнения приводит к увеличению χ⁽³⁾, а следовательно, усилению эффекта нелинейного оптического отклика на пикосекундные воздействия лазерных импульсов.

К перечисленным выше недостаткам прототипа следует отнести также тот факт, что, хотя композиционный слой с коллоидными частицами и является "захороненным" под поверхностью полимера, тем не менее из-за радиационного повреждения поверхности полимера требуется дополнительная защита коллоидов металла от влияния внешней среды и механических воздействий. Кроме того, радиационные нарушения приводят к образованию структурных дефектов, таких как разрыв химических связей макромолекул и образование свободных радикалов, кросс-связей, оксидизация и карбонизация имплантированных полимерных слоев и др. , вызывающих оптическое рассеяние и поглощение, способствующих ухудшению оптической прозрачности полимера [17], что также является недостатком известного технического решения.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании методом ионно-лучевой имплантации нелинейно-оптического материала на основе полимера, содержащего металлические коллоиды с более высокой величиной фактора заполнения, близкой к теоретически возможному значению. Это позволит существенно повысить значение нелинейной восприимчивости третьего порядка и расширить рамки практического использования нелинейно-оптических материалов на полимерной основе.

Дополнительная задача, сопутствующая основной идее, - улучшение защитных свойств, синтезированных в объеме полимера металлических коллоидов, за счет образования на поверхности облученного полимера ненарушенного радиационными дефектами тонкого слоя. Также преследуется цель снижения дефектов рассеяния и поглощения с целью повышения оптической прозрачности диэлектрической основы композита.

В предлагаемом способе получения нелинейно-оптических материалов на полимерной основе, включающем синтез в полимерной подложке коллоидов металла с применением ионно-лучевой имплантации, для решения поставленной задачи имплантацию ионов металла с энергией 10 - 10000 кэВ, дозой облучения, обеспечивающей концентрацию атомов вводимой примеси в подложке не менее 6•10²⁰ - 5,2•10²² атом/см³, плотностью тока ионного пучка 3•10¹² - 6•10¹³ ион/см²с производят в полимер, находящийся во время облучения в вязкотекучем релаксационном состоянии с динамической вязкостью 10¹ - 2•10³ Па•с, а по окончании процесса имплантации переводимый в твердотельное состояние.

Как показали наши исследования, при реализации предложенного технического подхода решается поставленная задача и достигается требуемый технический результат.

В заявке показан результат практической реализации заявляемого способа получения композиционного нелинейно-оптического материала на полимерной основе, содержащего металлические коллоиды. Просвечивающая и сканирующая электронная микроскопия (ПЭМ и СЭМ) были использованы для иллюстрации различий системы металлических коллоидов в композиционных слоях синтезированных методом ионно-лучевой имплантации в вязкотекучем и твердотельном полимере.

Как следует из данных ПЭМ, металлические частицы, синтезированные как в твердотельном, так и вязкотекучем полимере, имеют сферическую форму. Количественное описание размерных параметров синтезированных коллоидов металла проведено на основе стандартного гранулометрического анализа металлических дисперсий [18] и представлено в табл. 1, в которой приведены средний размер коллоидов (d_ср) и среднее число металлических частиц на единицу площади образца (N - плотность частиц). Как видно из таблицы, величина d_ср монотонно увеличивается с возрастанием дозы внедряемых ионов серебра как в твердотельном, так и вязкотекучем полимере. Однако значения плотности синтезированных серебряных коллоидов и их среднего размера заметно выше для вязкотекучих полимеров по сравнению с твердотельным при аналогичных дозах ионно-лучевой имплантации. Этот факт неоспоримо указывает, что количество ионов серебра, объединившихся в металлические коллоиды, а значит и фактор заполнения, несомненно выше в вязкотекучей подложке по сравнению с твердотельным полимером. Количественные оценки факторов заполнения выполнены путем излучения спектров оптического поглощения, приведенных на фиг. 1. Эти спектры получены при комнатной температуре от твердотельного и вязкотекучего полимера (эпоксиаминного полимера на основе эпоксидной смолы), имплантированных ионами ¹⁰⁸Ag⁺ в одинаковых условиях. Из рисунка видно, что в спектре поглощения композиционного материала появляется селективная полоса поглощения в видимой области спектра с максимумом вблизи 2,65 эВ при наименьшей из используемых нами доз имплантации ионов серебра, которая монотонно увеличивается по интенсивности и смещается в длинноволновую область спектра с увеличением ионной дозы. Сравнение указанных спектров (фиг. 1а-д) со спектром поглощения полимерного образца, имплантированного ионами аргона и имеющего в результате этого только поглощение от радиационных нарушений структуры органической подложки (фиг. 1е), позволяет заключить о том, что селективные полосы поглощения обусловлены формированием в объеме полимера серебряных коллоидов и возникающим в них известным явлением плазменного резонансного поглощения [19] . Наблюдаемые дозовые закономерности изменения спектра поглощения композиционных слоев с серебряными коллоидными качественно совпадают для твердотельной и вязкотекучей полимерной подложки. Однако имеется различие, заключающееся в более длинноволновом положении максимум поглощения для вязкотекучих полимеров по сравнению с твердотельными матрицами, полученными в идентичных условиях. На основе подхода, используемого в работе [16], для определения величины фактора заполнения по положению максимума поглощения была применена теория эффективной среды Максвелла-Гарнета [20]. Результаты полученных величин приведены в последней колонке таблицы, откуда следует, что факторы заполнения серебрянными коллоидами заметно выше в вязкотекучих полимерных слоях по сравнению с твердотельными композитами.

То обстоятельство, что во время имплантации полимер находится в вязкотекучем (жидком) состоянии, приводит к тому, что его поверхность не испытывает необратимых механических повреждений при воздействии высокоэнергетического пучка. В результате, после отверждения полимера, сформированный композиционный слой оказывается "захороненным" под тонким (≈0,015 мкм) слоем вещества подложки, имеющим гладкую поверхность. Поэтому свойства имплантированной поверхности (твердость, коэф. трения, химическая стойкость к агрессивным средам и т.д.) определяются свойствами конкретного полимерного материала. В случае же имплантации твердотельного полимера его поверхность в процессе ионно-лучевой имплантации становится рыхлой и требует дополнительной обработки для защиты формируемого композиционного слоя от механических и других воздействий.

Поскольку в вязкотекучей полимерной подложке в процессе ионно-лучевой имплантации возникает меньшее число радиационных структурных нарушений по сравнению с твердотельными полимерами, то композиционные материалы, полученные на основе вязкотекучего полимера и впоследствии отвержденные, обладают большой прозрачностью в видимой области света. Это видно из фиг. 2, на которой приведены спектры пропускания твердотельных и вязкотекучих эпоксидных полимеров, облученных в идентичных условиях ионами аргона, способными вызывать только структурные нарушения полимерной подложки - центры поглощения или рассеяния света.

Режимы ионно-лучевой имплантации определяются из следующих соображений. Энергия иона E определяет величину его среднего проекционного пробега - R_р и среднеквадратичного отклонения - ΔR_p, которые соответственно определяют глубину залегания пленки, ее толщину, а также толщину верхнего защитного слоя. Как показали наши оценки и учитывая возможности современных ионно-лучевых ускорителей, сверху энергия иона ограничена величиной 2000 кэВ, поскольку сверх данной энергии отмеченные размерные параметры (в первую очередь, толщина) композиционного слоя начинают превышать значения, необходимые для практического его применения [1 - 4]. Ограничение снизу величиной E=10 кэВ, согласно нашим экспериментам, связано с тем, что при дальнейшем уменьшении E не удается получить хороший защитный слой из материала подложки над сформированным композиционным слоем.

Доза облучения определяется необходимым количеством атомов металлического вещества, чтобы, во-первых, обеспечить нелинейно-оптические свойства композиционного слоя, т.е. фактор заполнения коолоидными металлическими частицами должен быть достаточно высок. Это условие, согласно нашим исследованиям зависимости появления сигнала плазменного поглощения коллоидов от дозы ионно-лучевой имплантации, выполняется при концентрациях атомов металлов в объеме полимера порядка 6•10²⁰ см^-3. Во-вторых, количество внедренной в полимер примеси не должно превышать той дозы, при которой начинается слипание растущих металлических сферических частиц, приводящее к образованию сплошной металлической пленки, и по нашим оценкам составляет не более 5,2•10²² см^-3.

Плотность тока в ионном пучке j определяет, с одной стороны степень пересыщения атомов примеси в полимере в момент облучения. Поэтому увеличение j приводит к тому, что синтез металлических коллоидов происходит при меньших дозах, а плотность частиц на единицу площади возрастает. Однако, с другой стороны, величина j определяет степень нагрева полимерной подложки. Экспериментально установлено, что при j=6•10¹³ ион/см²с температура облучаемой поверхности полимера увеличивается до 100^oC и дальнейшее повышение температуры приводит к деструкции многих полимеров. Ионная бомбардировка с малой плотностью ионного тока приводит к снижению количества металлических частиц в единице объема полимера и неоправданно увеличивает время облучения. Поэтому, целесообразно ограничить минимальную плотность ионного тока величиной 3•10¹² ион/см¹²с.

По нашим данным минимальная величина динамической вязкости полимера - η_мин= 10¹ Па•с, определяющая рабочий интервал вязкости, снизу ограничена тем, что чрезмерное разжижение подложки приводит к столь быстрому диффузионному оттоку атомов внедряемого металлического вещества из имплантированного слоя, что потребует значительного (возможно неограниченного) увеличения дозы и, соответственно, времени ионно-лучевой имплантации для обеспечения требуемой концентрации атомов металла для зарождения коллоидов. Верхний предел вязкости определяется требованиями обеспечения высокой диффузионной подвижности примесных атомов металла в полимере, которое может достигаться при величине вязкости полимера порядка 2•10³Па•с[21].

По нашему мнению, использование вязкотекучего релаксационного состояния полимера в сочетании с определенными режимами ионно-лучевой имплантации соответствует критериям патентоспособности изобретения - "Новизна" и "Изобретательский уровень".

Рассмотрим осуществление предлагаемого способа на конкретных примерах.

Пример 1. Для получения композиционного полимерного материала, содержащего серебряные коллоиды, приготавливают подложку из вязкотекучего высокомолекулярного материала, в качестве которого используют эпоксидный композит, состоящий из 81% смолы ЭД-20 (ГОСТ 10587-76), 9% дибутилфталата (пластификатор ГОСТ 8728-77) и 10% полиэтиленполиамина марки A (отвердитель). Приведенная рецептура обеспечивает оптимальные условия процесса формирования сетчатого эпоксиаминного полимера и соответствует данным ТУ 6-15-1070-82. Согласно приведенному ТУ жизнеспособность композита составляет около 2 ч, после чего на его физико-механические свойства начинает сказываться формирование пространственной сетчатой структуры полимера. Выполненные по стандартной методике [22] измерения динамической вязкости композита с использованием капиллярного вязкозиметра показали, что в этот промежуток времени вязкость монотонно увеличивается от 20 до 50 Па•с.

Для того, чтобы обеспечить возможность крепления вязкой подложки в камере приемника ионно-лучевого ускорителя, а также для придания композиционному материалу формы диска, вязкий эпоксидный композит наносят на твердотельную основу, выполненную из пластины силикатного стекла ГОСТ 6672-75 толщиной 0,5 мм и диаметром 2,5 см. Материал твердой основы выбирают из конкретных условий возможного практического нелинейно-оптического применения композиционного слоя и в качестве такового могут служить неорганические стекла, твердотельные органические полупроводниковые и металлические материалы. С целью равномерного покрытия стеклянного диска эпоксидным композитом нанесение вязкого вещества осуществляют методом центрифугирования. Приготовленную таким образом вязкую полимерную подложку крепят в камере приемника ионно-лучевого ускорителя ИЛУ-3. Имплантацию проводят ионами ¹⁰⁸Ag⁺ с энергией 30 кэВ, дозой D= 5,2•10¹⁶ ион/см² (2•10²² атомов/см³), плотностью тока в ионном пучке 2,5•10¹³ ион/см²с. На момент облучения вязкость эпоксидного композита составляла 30 Па•с и за время облучения увеличилась примерно на 12 Па•с. Таким образом, интервал времени, затраченный на процесс ионной имплантации, не превышает времени жизнеспособности композита. Температура подложки с учетом радиационного нагрева составила 60^oC, что на несколько десятков градусов меньше верхней границы интервала возможной термообработки композита. По окончании технологического процесса облучения эпоксидный композит переходил в твердотельное состояние в соответствии с кинетикой отверждения данного соединения (ТУ 6-15-1070-82). Использование в качестве вязкой подложки полимерных (высокомолекулярных) композитов на основе полиэфирных лаков и смол представляется наиболее перспективным, поскольку данные соединения характеризуются длительной кинетикой отверждения, широким интервалом изменения вязкости и не требуют специальных процедур для приготовления вязкотекучей подложки и ее постимплантационного отвердевания. Если в качестве подложки используется полимерный материал, который при комнатной температуре находится в твердотельном состоянии, то сначала необходимо приготовить подложку, состоящую из термостойкой основы, на которую наносят полимерную пленку, в объеме которой планируется осуществить ионный синтез. В качестве термостойкой основы может служить любой материал, температура плавления которого на несколько десятков градусов выше температуры плавления облучаемого полимера. В этом случае имплантация ионов металлических элементов проводится в полимер, нагретый выше температуры плавления. Для предотвращения возможной термодеструкции полимера нагрев лучше проводить после вакуумизации приемной камеры ускорителя. По окончании процесса имплантации перевод полимера в твердотельное состояние происходит после остывания подложки, которое также лучше проводить в вакууме.

Исследования образца, синтезированного по описанной методике, выполненные методами просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии и линейной оптической спектроскопии, подтвердили образование композиционного полимерного слоя, содержащего металлические коллоиды со следующими основными характеристиками:
фактор заполнения - 0,48, средний размер частиц - 16,3 нм, толщина композиционного слоя - 20 нм; толщина защитного слоя - 15 нм, величина пропускания на длине волны гелиево-неонового лазера (632,8 нм) составляет 18,5%, величина нелинейной кубической восприимчивости композиционного слоя - χ⁽³⁾= 2,2•10^-9 в единицах СГСЭ.

Сформированный в вязкотекучем полимере композиционный слой с синтезированными коллоидами серебра методом ионно-лучевой имплантации по окончании процесса облучения оказывается защищенным сверху слоем отвердевшего полимера, имеющего гладкую поверхность, тогда как поверхность изначально твердотельного полимера, имплантированного при аналогичных условиях, имеет рыхлую структуру.

Рассмотренный пример конкретной реализации способа показывает, что заявленное техническое решение соответствует критерию патентоспособности "промышленная применимость".

Пример 2. Для получения композиционных полимерных слоев, содержащих серебряные коллоиды, ионно-лучевая имплантация ионов Ag⁺ производится в вязкотекучий эпоксидный композит с динамической вязкостью 10 Па•с. Для достижения указанной вязкости в рецептуру высокомолекулярной смеси, описанной в примере 1, добавляется эмпирически определяемое количество разбавителя, такого как бутилглицидиловый эфир (УП-624) или крезилглицидиловый эфир (УП-616). Остальные технологические операции и режимы ионно-лучевой имплантации как в примере 1.

Пример 3. Для получения композиционных полимерных слоев, содержащих серебряные коллоиды ионно-лучевой имплантации ионов Ag⁺, производится в вязкотекучий полимерный материал с динамической вязкостью 600 Па•с. Для достижения указанной вязкости в качестве полимерной подложки используется расплав полиэтилентерефлата. Температура расплава, необходимая для установления данной вязкости, определяется молекулярной массой используемого промышленного полимера и составляет порядка 270^oC. Остальные технологические операции и режимы ионно-лучевой имплантации как в примере 1.

Пример 4. Для получения композиционных полимерных слоев, содержащих серебряные коллоиды, ионно-лучевая имплантация ионов Ag⁺ производится в вязкотекучий полимерный материал с динамической вязкостью 1200 Па•с. Для достижения указанной вязкости в качестве полимерной подложки используется расплав полиэтилентерефлата. Температура расплава, необходимая для установления данной вязкости, определяется молекулярной массой используемого промышленного полимера и составляет порядка 300^oC. Остальные технологические операции и режимы ионно-лучевой имплантации как в примере 1.

Пример 5. Для получения композиционных полимерных слоев, содержащих серебряные коллоиды, ионно-лучевая имплантация производится ионами Ag⁺ с энергией 10 кэВ. Доза внедренных ионов, необходимая для достижения концентрации атомов примеси, описанной в примере 1, составляет порядка 1,6•10¹⁶ ион/см². Остальные технологические операции и режимы ионно-лучевой имплантации как в примере 1.

Пример 6. Для получения композиционных полимерных слоев, содержащих серебряные коллоиды, ионно-лучевая имплантация ионов Ag⁺ производится на ускорителе фирмы "Model EN Tandem Van de Graaff" с энергией 5000 кэВ. Доза внедренных ионов, необходимая для достижения концентрации атомов примеси, описанной в примере 1, составляет порядка 6,4•10¹⁷ ион/см². Остальные технологические операции и режимы ионно-лучевой имплантации как в примере 1.

Пример 7. Для получения композиционных полимерных слоев, содержащих серебряные коллоиды, ионно-лучевая имплантация производится на ускорителе фирмы "Model EN Tandem Van de Graaff"ионами Ag⁺ с плотностью тока ионного пучка 1•10¹³ ион/см²с и энергией 10000 кэВ. Доза внедренных ионов, необходимая для достижения концентрации атомов примеси, описанной в примере 1, составляет порядка 2•10¹⁸ ион/см². Остальные технологические операции и режимы ионно-лучевой имплантации как в примере 1.

Пример 8. Для получения композиционных эпоксидных слоев, содержащих серебряные коллоиды, соответствующей концентрации атомов примеси 6•10²⁰ атомов/см³, имплантация производится ионами Ag⁺ с дозой 1,2•10¹⁵ ион/см². Остальные технологические операции и режимы ионно-лучевой имплантации как в примере 1.

Пример 9. Для получения композиционных полимерных слоев, содержащих серебряные коллоиды, соответствующей концентрации атомов примеси 5•10²¹ атомов/см³, имплантация производится ионами Ag⁺ с дозой 10¹⁶ ион/см². Остальные технологические операции и режимы ионно-лучевой имплантации как в примере 1.

Пример 10. Для получения композиционных полимерных слоев, содержащих серебряные коллоиды, соответствующей концентрации атомов примеси 5,2•10²² атомов/см³, имплантация производится ионами Ag⁺ с дозой 1,04•10¹⁷. Остальные технологические операции и режимы ионно-лучевой имплантации как в примере 1.

Пример 11. Для получения композиционных полимерных слоев, содержащих серебряные коллоиды, имплантация производится ионами Ag⁺ с плотностью тока ионного пучка 3•10¹² ион/см²с. Остальные технологические операции и режимы ионно-лучевой имплантации как в примере 1.

Пример 12. Для получения композиционных полимерных слоев, содержащих серебряные коллоиды, имплантация производится ионами Ag⁺ с плотностью тока ионного пучка 6•10¹³ ион/см²с. Остальные технологические операции и режимы ионно-лучевой имплантации как в примере 1.

Таким образом, используя вязкотекучее релаксационное состояние полимеров, можно в едином цикле методики ионно-лучевой имплантации на полимерной пластине создавать нелинейно-оптические композиционные диэлектрические слои, содержащие металлические коллоиды. Полученные слои характеризуются повышенным фактором заполнения коллоидальными металлическими частицами по сравнению с известным способом ионного синтеза в твердотельных полимерах. Благодаря специфике метода ионно-лучевой имплантации для создания композиционных слоев металлические коллоиды формируются внутри полимера, а вязкотекучее состояние обеспечивает ровность поверхности после перевода полимера в твердотельное состояние и не требует дальнейшей защиты и полировки поверхности.

Литература
1. Vogel E.M. J.Am.Ceram.Soc. 1989. V72, P.719.

2. Koizumi К. Bulletin of Spanish Soc. of Ceramic and Glass. 1992. 31-C, N1, P.45.

3. Stegeman G.I., Stolen R.H. J.Opt.Soc.Am. 1989. B6, P.652
4. Ironside C.N. Contemp. Phys. 1993. V34, P.I.

5. Hache F., Ricard D., Flytzanis C., Kreibig U. Appl. Phys.A 1988. A47, P.347.

6. Haglund R. F., Yang L., Magruder III R.H., Witting J.E., Becker K., Zuhr R.A. Opt. Lett. 1993. V18,P.373.

7. Bloemer M.J., Haus J.W., Ashley PR. J. Opt. Soc. Am. B. 1990. V7, P. 790.

8. Ricard D., Roussignol P., Flytzanis C. Opt. Lett. 1985. V10, P511.

9. Haglund R.F., Yang Li, Magruder III R.H., White C.W., Zuhr R.A., Yang Lina, Dorsinville R. , Alfano R.R. Nucl. Instr. and Meth. B. 1994. V91, P. 493.

10. Fukumi K., Chayahara A., Kadono K., Sakaguchi Т., Horino Y, Miya M., Satou M. Jap. J. Appl. Phys. 1991. V30, P.L742.

11. Gavrin A., Chien C.L. J. Appl. Phys. 1990. V76, P938.

12. De. G., Licciulli A., Massaro C., Tapfer L., Catalano M., Battaglin G., Meneghini C., Mazzoldi P. J. Non-Cryst. Solids, 1996. V. 194, P.225.

13. Бухараев ФТТ 1991
14. Townsend P. D., Chandler P.J., Zhang L. Optical effects of ion implantation. Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 1994, 280 p.

15. Филоненко В.И., Безручко В.Т., Шубин Н.Е. Эпоксидные оптически прозрачные смолы и композиции для оптоэлектроники. В Сб. Зарубежная электронная техника. 1987. ЦНИИ "Электроника", Т.6., С.55.

16. Stepanov A.L. Abdullin S.N., Khaibullin R.I., Valeev V.F., Osin Y.N. , Bazarov V. V., Khaibullin I.B. In: Thin Films for Integrated Optics Applications. Ed. B.W.Wessels, D.M.Walba,. Mater.Res.Soc.Pros., San-Francisco, (1995) V 392, P267.

17. Brown W.L., Radiation Effects 98 (1986) 115
18. Буланов В.Я., Кватер Л.И., Долгань Т.В., Угольников Т.А.. Аксименко В.В. Диагностика металлических порошков. М. 1983. 278 с.

19. Петров Ю.И. Физика малых частиц. М., 1982. 360 с.

20. С. Maxwell-Gamett Philos. Trans. R. Soc. 1904. V203, P.385
21. Энциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия, 1972, Т. 1-3.

22. Малкин А. Я., Чалых А.Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения. М. (1979), 304 с.

Изобретение относится к технологии получения тонких композиционных слоев, представляющих из себя диэлектрик с внедренными в него коллоидами металла, и может быть использовано в устройствах нелинейной оптики. Практический интерес к рассматриваемым композитам обусловлен наблюдаемыми в них высокими значениями нелинейной восприимчивости третьего порядка при воздействии лазерными импульсами пикосекундной длительности. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании методом ионно-лучевой имплантации нелинейно-оптического материала на основе полимера, содержащего металлические частицы с более высокой величиной фактора заполнения. Технический результат: повышение значения нелинейной восприимчивости третьего порядка и расширение практического использования нелинейно-оптических материалов на полимерной основе. Для решения поставленной задачи имплантацию ионов металла осуществляют в полимер, находящийся в вязкотекучем релаксационном состоянии. 2 ил., 1 табл.

Способ получения нелинейно-оптических материалов на полимерной основе, включающий синтез в полимерной подложке коллоидов металла с применением ионно-лучевой имплантации, отличающийся тем, что имплантацию ионов металла с энергией 10-1000 кэВ, дозой облучения, обеспечивающей концентрацию атомов металла в подложке 6•10²⁰-5, 2•10²² атомов/см³, плотностью тока ионного пучка 3•10¹²-6•10¹³ ион/см²c производят в полимер, находящийся в процессе облучения в вязкотекучем релаксационном состоянии с динамической вязкостью 10¹-2•10³ Па•с, а по окончании процесса имплантации переводимый в твердотельное состояние.