Fotosenzitivní skla pro optické vlnovodyAutor: Věra Jandová (4.ročník)

Školitel: Dr. Ing. Martin MíkaÚstav skla a keramiky, VŠCHT Praha

Úvod: Fotosenzitivní skla- skla, u nichž při vystavení záření určité vlnové délky dochází ke změně indexu lomu. Tento jev lze využít k zápisu vlnovodů a dalších optických struktur, např. mřížek

Zápis vlnovodu laserem: 1) zapisování středem 2) přímé zapisování v kolmém směru

Schéma optické součástky Schéma zápisu mřížky Skutečný zápis

- vývoj je zaměřen na germaničitokřemičitá skla s různým obsahem germania, která by měla zajišťovat fotosenzitivitu - skla se vyhodnocují EPR spektroskopií, kde získaná spektra určuií koncentraci paramagnetických center E´(Ge), jež zvyšují index lomu fotocitlivost skel - EPR signál je charakterizovaný spektroskopickou konstantou, tzv. g- faktorem

Vznik paramagnetického centra E´(Ge) s nepárovým elektronem při osvícení UV zářením Experiment : - příprava fotosenzitivních skel tavením, odlití trámečku

- osvícení vzorku světlem ze středně tlaké Hg výbojky o výkonu 50W ( = 330-380 nm)

- E´(Ge) jsou vloženy do magnetického pole, kde dochází k absorpci mikrovlnného záření

Výsledky měření: Grafická závislost intenzity Ge signálu na čase: - s narůstající hodnotou Hpp se zvyšuje koncentrace a interakce center mezi sebou, i když je objem stejný tzn. narůstá počet radikálů Ge∙ + ∙Ge Absorpční pás E´(Ge) centra a jeho derivace: Derivace absorpčního spektra Ge skla: Růst intenzity signálu při ozařování: Tabulka měření:

Závislost intenzity signálu E´(Ge) centra na době ozáření: Závislost App, Hpp na době ozáření : Závislost šířky EPR signálu na jeho intenzitě:

Vysvětlivky: g- faktor …spektroskopická konstanta charakterizující signál Závěr: Podařilo se připravit fotosenzitivní sodno-germaničitokřemičité sklo. U tohoto App……….intenzita signálu, která je úměrná koncentraci volného radikálu skla po expozici UV zářením dochází ke vzniku paramagnetických center E´(Ge) Appvyp........vypočtené App na atomech germania. Vznik těchto center vyvolává zvýšení indexu lomu. Hpp……….šířka signálu Toto sklo použijeme jako substrátový materiál pro přípravu vlnovodů přímým a.u. ………zvolené libovolné jednoty zápisem laserovým paprskem. S1, S2, S3..označení signálů E´(Ge)…….paramagnetické centrum

y = 25.226x + 23914R2 = 0.9041

0

5 000

10 000

15 000

20 000

25 000

30 000

35 000

40 000

45 000

0 100 200 300 400 500 600 700

t [s]

App

∙Hpp

² [ ∙1

0-3]

0 200 400 600 800 1000 1200

-100000

-80000

-60000

-40000

-20000

0

20000

40000

60000

80000

100000

App

H [Gauss]0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

-100000

-50000

0

50000

100000

App

a.u.

číslo spektra: signál:g-

faktor ∆Hpp AppApp∙Hpp²

[ ∙10-3]  nárůst

v %3381(t1) 1 4,207 30,59 5 668 5 303,82 t1= 0s  

  2 1,987 11,8170 000 23 670,80   0

  3 1,8978 50,46 14 450 36 792,76    

3381(t2) 1 4,2055 34,1 5 846 6 797,79 t2= 149,383s  

  2 1,9871 12,13188 300 27705,88   17,05

  3 1,8979 53,44 14 300 40 838,42    

3381(t3) 1 4,2061 31,7 5 957 5 986,13 t3= 309,38s  

  2 1,9871 12,58192 500 30 464,36   28,7

  3 1,8987 52,93 14 090 39 474,33    

3381(t4) 1 4,2058 36,73 5 876 7 927,27 t4= 469,435s  

  2 1,9871 14,18194 700 39 148,80   65,39

  3 1,8989 52,56 14 030 38 758,63    

3381(t5) 1 4,206 33,68 6 005 6 811,73 t5= 629,443s  

  2 1,9872 13,89196 300 37 872,57   60

  3 1,8992 53,43 13 980 39 909,61    

10

10,5

11

11,5

1212,5

13

13,5

14

14,5

1,6E+05 1,7E+05 1,8E+05 1,9E+05 2,0E+05

App

Hpp

y = 0,004x + 11,685R2 = 0,86

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

0 100 200 300 400 500 600 700

t [s]

150 000

160 000

170 000

180 000

190 000

200 000

210 000

Hpp App

-100000

-50000

0

50000

100000

150000

200000

3350 3450 3550 3650 3750H [Gauss]

0.00E+00

5.00E-01

1.00E+00

1.50E+00

2.00E+00

2.50E+00

3.00E+00

3.50E+00

4.00E+00

4.50E+00

5.00E+00

S1S2

3

S3

App = 1,7e5+2,56e4 [1-exp(-t/127,6)]

R2 = 0,996