RU2790541C1 - TERAHERTZ CRYSTAL OF THE SYSTEM TlBr0.46 I0.54 - AgI - Google Patents
TERAHERTZ CRYSTAL OF THE SYSTEM TlBr0.46 I0.54 - AgI Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790541C1 RU2790541C1 RU2022110567A RU2022110567A RU2790541C1 RU 2790541 C1 RU2790541 C1 RU 2790541C1 RU 2022110567 A RU2022110567 A RU 2022110567A RU 2022110567 A RU2022110567 A RU 2022110567A RU 2790541 C1 RU2790541 C1 RU 2790541C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tlbr
- terahertz
- thz
- crystals
- solid solution
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к новому галогенидному кристаллическому классу терагерцовых (ТГц) материалов на основе твердых растворов одновалентного таллия и серебра, конкретно к терагерцовым кристаллам системы TlBr0,46I0,54 – AgI.The invention relates to a new halide crystalline class of terahertz (THz) materials based on solid solutions of monovalent thallium and silver, specifically to terahertz crystals of the TlBr 0.46 I 0.54 - AgI system.
К терагерцовому диапазону относятся области электромагнитного спектра от 0,1 до 30,0 ТГц (диапазон длин волн от 3000,0 до 10,0 мкм) [Г. З. Гареев, В. В. Лучинин, Применение терагерцового излучения для обеспечения жизнедеятельности человека. Междисциплинарная платформа «Биотехносфера», 2014, №6 (36), с. 71-79]. The terahertz range includes areas of the electromagnetic spectrum from 0.1 to 30.0 THz (wavelength range from 3000.0 to 10.0 μm) [G. Z. Gareev, VV Luchinin, The use of terahertz radiation to ensure human life. Interdisciplinary platform "Biotechnosphere", 2014, No. 6 (36), p. 71-79].
Известны кристаллы на основе твердых растворов галогенидов одновалентного талия состава TlBr0,46I0,54 (КРС-5), TlCl0,74Br0,26 (КРС-6) [Научные труды Гиредмета.: Исследование процесса получения солей и выращивания монокристаллов галогенидов одновалентного таллия / М. А. Ольская [и др.]. - Москва: Металлургия, 1970. - Т. 29. - 159 с.]. Кристаллы КРС-5 прозрачны от 0,5 до 45,0 мкм, КРС-6 - от 0,4 до 30,0 мкм. Они радиационно стойкие, негигроскопичные, пластичные, но ИК световоды, получаемые методом экструзии из кристаллов КРС-5 разрушаются вследствие рекристаллизации, а световодов, получаемых из кристаллов КРС-6, нам не известно.Crystals based on solid solutions of monovalent thallium halides of the composition TlBr 0.46 I 0.54 (KRS-5), TlCl 0.74 Br 0.26 (KRS-6) are known [Scientific works of Giredmet.: Study of the process of obtaining salts and growing single crystals monovalent thallium halides / M. A. Olskaya [et al.]. - Moscow: Metallurgy, 1970. - T. 29. - 159 p.]. KRS-5 crystals are transparent from 0.5 to 45.0 µm, KRS-6 - from 0.4 to 30.0 µm. They are radiation-resistant, non-hygroscopic, and plastic, but IR fibers obtained by extrusion from KRS-5 crystals are destroyed due to recrystallization, and we do not know of fibers obtained from KRS-6 crystals.
Наиболее близким техническим решением является терагерцовый кристалл [Терагерцовый кристалл, Патент РФ на изобретение №2756582 от 01.10.2021, приоритет от 20.03.2020], изготовленный на основе хлорида и бромида серебра и дополнительно содержащий твердый раствор бромида-йодида одновалентного таллия (TlBr0,46I0,54) при следующем соотношении компонентов, мас. %:The closest technical solution is a terahertz crystal [Terahertz crystal, RF Patent for invention No. 2756582 dated 10/01/2021, priority dated 03/20/2020], made on the basis of silver chloride and bromide and additionally containing a solid solution of monovalent thallium bromide-iodide (TlBr 0, 46 I 0.54 ) in the following ratio of components, wt. %:
Кристаллы пластичны, негигроскопичны, прозрачны в терагерцовом, видимом и инфракрасном диапазонах, наряду с технологичностью их получения. Но для практического применения в различных областях, в том числе в условиях повышенного радиационного фона, необходимы фото- и радиационно стойкие кристаллы, прозрачные не только в видимом и ближнем ИК диапазоне, но и в более широком терагерцовом диапазоне от 5,0 до 30,0 ТГц, что соответствует среднему и дальнему диапазону спектра от 60,0 до 10,0 мкм. Crystals are plastic, non-hygroscopic, transparent in the terahertz, visible and infrared ranges, along with the manufacturability of their production. But for practical application in various fields, including those under conditions of high radiation background, photo- and radiation-resistant crystals are needed, which are transparent not only in the visible and near-IR range, but also in a wider terahertz range from 5.0 to 30.0 THz, which corresponds to the middle and far range of the spectrum from 60.0 to 10.0 µm.
Существует проблема по созданию высоко прозрачных в ТГц диапазоне от 0,1 до 30,0 ТГц кристаллов, фото и радиационно стойких, негигроскопичных и пластичных, предназначенных для изготовления не только терагерцовой оптики, но и для получения методом экструзии световодов для ТГц и ИК оптики. There is a problem in creating crystals that are highly transparent in the THz range from 0.1 to 30.0 THz, photo and radiation resistant, non-hygroscopic and plastic, intended for the manufacture of not only terahertz optics, but also for the production of optical fibers for THz and IR optics by extrusion.
Решение проблемы достигается за счет того, что терагерцовый кристалл системы TlBr0,46I0,54 - AgI, включающий твердый раствор TlBr0,46I0,54 и галогенид серебра, отличающийся тем, что он выполнен на основе твердого раствора и дополнительно содержит йодид серебра при следующем соотношении компонентов, мол. %:The solution to the problem is achieved due to the fact that the terahertz crystal of the system TlBr 0.46 I 0.54 - AgI, including the solid solution TlBr 0.46 I 0.54 and silver halide, characterized in that it is based on a solid solution and additionally contains silver iodide in the following ratio of components, mol. %:
Сущность изобретения состоит в том, что на основании изученной нами диаграммы плавкости системы TlBr0,46I0,54 - AgI (Фиг. 1), в которой установлена область существования однофазных твердых растворов при низких температурах (25°С), разработаны новые кристаллы, содержащие оптимальный состав компонентов, мол. %:The essence of the invention lies in the fact that on the basis of the melting diagram of the TlBr 0.46 I 0.54 - AgI system studied by us (Fig. 1), in which the region of existence of single-phase solid solutions at low temperatures (25 ° C) is established, new crystals have been developed containing the optimal composition of the components, they say. %:
Кристаллы получают на основе твердого раствора TlBr0,46I0,54, в кристаллическую решетку которого внедряют йодиды серебра, что позволяет расширить диапазон пропускания в длинноволновую область до 60,0 мкм при высокой прозрачности кристаллов 75-78% (в прототипе - до 50 мкм). Они негигроскопичные, фото- и радиационно стойкие, т.к. содержат в составе компоненты, устойчивые к ультрафиолетовому и ионизирующим излучениям, пропускают электромагнитное излучение без окон поглощения в диапазоне от 0,5 до 60,0 мкм (см. примеры).The crystals are obtained on the basis of a solid solution of TlBr 0.46 I 0.54 , in the crystal lattice of which silver iodides are introduced, which makes it possible to expand the transmission range in the long-wave region up to 60.0 μm with a high transparency of the crystals of 75-78% (in the prototype - up to 50 µm). They are non-hygroscopic, photo- and radiation-resistant, tk. contain components that are resistant to ultraviolet and ionizing radiation, transmit electromagnetic radiation without absorption windows in the range from 0.5 to 60.0 microns (see examples).
Следует отметить, что средний и дальний ИК диапазоны от 10,0 мкм до 60,0 мкм являются и терагерцовой областью от 30,0 до 5,0 ТГц. Кроме того, кристаллы пропускают в широком терагерцовом диапазоне от 0,1 до 30,0 ТГц (см. примеры).It should be noted that the middle and far IR ranges from 10.0 μm to 60.0 μm are also the terahertz region from 30.0 to 5.0 THz. In addition, crystals transmit in a wide terahertz range from 0.1 to 30.0 THz (see examples).
Новые кристаллы пластичные, что позволяет изготавливать из них методом горячего прессования (экспрессный метод) оптические изделия: окна, линзы, пленки, а также получать методом экструзии устойчивые к рекристаллизации, по сравнению со световодами из кристаллов КРС-5 (TlBr0,46I0,54), инфракрасные световоды для широкого применения (см. технический результат).The new crystals are plastic, which makes it possible to manufacture optical products from them by hot pressing (express method): windows, lenses, films, and also to obtain recrystallization-resistant ones by extrusion, in comparison with optical fibers from KRS-5 crystals (TlBr 0.46 I 0 ,54 ), infrared light guides for wide application (see technical result).
Пример 1Example 1
Методом термозонной кристаллизации-синтеза (ТЗКС) - гидрохимический метод, получили гомогенную однофазную высокочистую шихту (99,9999 мас.% по катионным примесям) состава, мол.%:By the method of thermozone crystallization-synthesis (TZKS) - a hydrochemical method, a homogeneous single-phase high-purity charge (99.9999 wt.% by cationic impurities) of composition, mol.% was obtained:
Из шихты вырастили монокристалл методом Бриджмена. Для измерения оптических и радиационных свойств из монокристалла изготовили методом горячего прессования плоскопараллельные пластины толщиной 1 - 2 мм с оптически обработанной поверхностью. Измерение прозрачности кристаллов в терагерцовом диапазоне проводили на спектрометре СТД-21 с лампой обратной волны ЛОВ - источник ТГц излучения. Использовали несколько ЛОВ, которые соответствовали нескольким длинам волн от 10 до 3000 мкм, то есть ТГц излучению от 30 до 0,1 ТГц. Излучение проводили на воздухе при комнатной температуре. В качестве детектора применяли ячейку Голея фирмы Tydex.A single crystal was grown from the mixture by the Bridgman method. To measure the optical and radiation properties of a single crystal, plane-parallel plates 1–2 mm thick with an optically treated surface were fabricated by hot pressing. Measurement of the transparency of crystals in the terahertz range was carried out on a STD-21 spectrometer with a reverse wave lamp BWO - a source of THz radiation. Several BWOs were used, which corresponded to several wavelengths from 10 to 3000 μm, that is, THz radiation from 30 to 0.1 THz. Radiation was carried out in air at room temperature. A Golay cell (Tydex) was used as a detector.
В терагерцовом диапазоне кристаллы пропускают с окном поглощения. В высокочастотном терагерцовом диапазоне от 30,0 до 5,0 ТГц (оптический диапазон от 10,0 до 60,0 мкм) кристаллы пропускают с оптической прозрачностью 78%. Диапазон от 30,0 до 10,0 ТГц соответствует среднему инфракрасному диапазону от 10,0 до 25,0-30,0 мкм. Дальнему инфракрасному диапазону от 25,0-30,0 до 60,0 мкм, соответствуют терагерцовый диапазон от 10,0 до 5,0 ТГц. In the terahertz range, crystals pass through with an absorption window. In the high-frequency terahertz range from 30.0 to 5.0 THz (optical range from 10.0 to 60.0 μm), the crystals are transmitted with an optical transparency of 78%. The range from 30.0 to 10.0 THz corresponds to the mid-infrared range from 10.0 to 25.0-30.0 µm. The far infrared range from 25.0-30.0 to 60.0 microns corresponds to the terahertz range from 10.0 to 5.0 THz.
В низкочастотной терагерцовой области 0,1 - 0,3 ТГц, что соответствует 3000 - 1000 мкм, прозрачность кристаллов составляет 65%. В диапазоне от 0,35 до 0,85 ТГц (850-350 мкм) оптическая прозрачность составляет 40-50%.In the low-frequency terahertz region 0.1 - 0.3 THz, which corresponds to 3000 - 1000 μm, the transparency of the crystals is 65%. In the range from 0.35 to 0.85 THz (850-350 microns), the optical transparency is 40-50%.
На спектрофотометре Shimadzu UV-1800 в диапазоне от 190 до 1100 нм и на ИК Фурье спектрометре Vertex-80, Bruker с расширенным ИК диапазоном (от 14,7 до 60,6 мкм), а также ИК Фурье спектрометре IR Prestige-21 Shimadzu (1,28 - 41,7 мкм) сняты спектры пропускания в видимом и инфракрасном диапазонах. Кристаллы пропускают от 0,5 до 60,0 мкм с оптической прозрачностью в видимой и ближней ИК области - 63-68% до дальней ИК области - 78%.On a Shimadzu UV-1800 spectrophotometer in the range from 190 to 1100 nm and on a Vertex-80, Bruker IR Fourier spectrometer with an extended IR range (from 14.7 to 60.6 μm), as well as on an IR Fourier spectrometer IR Prestige-21 Shimadzu ( 1.28 - 41.7 μm) transmission spectra were taken in the visible and infrared ranges. Crystals transmit from 0.5 to 60.0 μm with optical transparency in the visible and near IR region - 63-68% to the far IR region - 78%.
Таким образом прозрачность кристаллов в терагерцовой области от 30,0 до 5,0 ТГц (10 - 60 мкм), которая определена с помощью спектрометра СТД-21, подтверждена также оптическими спектрами в среднем и дальнем ИК диапазонах.Thus, the transparency of crystals in the terahertz region from 30.0 to 5.0 THz (10 - 60 μm), which was determined using the STD-21 spectrometer, was also confirmed by optical spectra in the middle and far IR ranges.
Кристаллы устойчивы к β- и γ-облучению дозой до 1000 кГр и более, а также к ультрафиолетовому излучению на длине волны 260-370 нм.The crystals are resistant to β- and γ-irradiation with a dose of up to 1000 kGy or more, as well as to ultraviolet radiation at a wavelength of 260-370 nm.
Пример 2Example 2
Методом ТЗКС получили однофазную высокочистую шихту и вырастили монокристалл состава, мол.%:Using the TZKS method, a single-phase high-purity charge was obtained and a single crystal of the composition was grown, mol.%:
Изготовили пластины для определения свойств, как в примере 1. В терагерцовом диапазоне кристаллы пропускают от 30,0 до 5,5 ТГц (10 - 55 мкм) с прозрачностью 75%. Эта область соответствует также среднему и дальнему ИК диапазону. Plates were made to determine the properties, as in example 1. In the terahertz range, the crystals transmit from 30.0 to 5.5 THz (10 - 55 μm) with a transparency of 75%. This region also corresponds to the mid and far IR ranges.
В области от 0,1 до 0,3 ТГц прозрачность кристаллов составляет 60%, а в диапазоне от 0,35 до 0,85 ТГц - 30-40%.In the range from 0.1 to 0.3 THz, the transparency of crystals is 60%, and in the range from 0.35 to 0.85 THz - 30-40%.
Кристаллы прозрачны без окон поглощения в спектральном диапазоне от 0,5 до 55,0 мкм и устойчивы к ультрафиолетовому, β- и γ-облучениям, как в примере 1.The crystals are transparent without absorption windows in the spectral range from 0.5 to 55.0 μm and are resistant to ultraviolet, β- and γ-irradiation, as in example 1.
Пример 3Example 3
Эксперименты проводили, как в примере 1. Вырастили монокристалл состава, мол.%:The experiments were carried out as in example 1. A single crystal of composition was grown, mol.%:
Изготовили пластины для определения оптических и радиационных свойств. В терагерцовом диапазоне, который соответствует среднему и дальнему ИК диапазону, пластины пропускают от 30,0 до 5,3 ТГц (10 - 58 мкм) с прозрачностью 77%.Plates were made to determine the optical and radiation properties. In the terahertz range, which corresponds to the mid and far IR range, the plates transmit from 30.0 to 5.3 THz (10 - 58 μm) with a transparency of 77%.
В диапазоне от 0,1 до 0,3 ТГц прозрачность составляет 63%, а в терагерцовой области от 0,35 до 0,85 ТГц кристаллы прозрачны от 40 до 50%. Как в примере 1, кристаллы обладают фото- и радиационной устойчивостью.In the range from 0.1 to 0.3 THz, the transparency is 63%, and in the terahertz region from 0.35 to 0.85 THz, the crystals are transparent from 40 to 50%. As in example 1, the crystals are photo and radiation resistant.
Оптимальные составы кристаллов на основе системы TlBr0,46I0,54 - AgI определены согласно изученной нами фазовой диаграмме (фиг. 1), в которой установлена гомогенная область существования однофазных твердых растворов при комнатной температуре и подтверждена экспериментально, согласно выращенным кристаллам (см. примеры 1-3). В случае отклонения от составов, приведенных в формуле, не удается вырастить кристаллы с указанными в примерах свойствами.The optimal compositions of crystals based on the TlBr 0.46 I 0.54 - AgI system were determined according to the phase diagram we studied (Fig. 1), in which a homogeneous region of existence of single-phase solid solutions at room temperature was established and confirmed experimentally, according to the crystals grown (see Fig. 1). examples 1-3). In case of deviation from the compositions given in the formula, it is not possible to grow crystals with the properties indicated in the examples.
Технический результатTechnical result
Разработаны новые терагерцовые кристаллы системы TlBr0,46I0,54 - AgI, фото- и радиационно стойкие, негигроскопичные и пластичные, высокопрозрачные в терагерцовом диапазоне от 0,1 до 30,0 ТГц (от 3000 до 10 мкм), а также в видимой и инфракрасной области без окон поглощения от 0,5 до 60,0 мкм, что открывает широкие области применения в качестве оптических изделий и волоконных световодов для терагерцовых технологий, фотоники, лазерной и ИК волоконной оптики.New terahertz crystals of the TlBr 0.46 I 0.54 - AgI system, photo- and radiation-resistant, non-hygroscopic and plastic, highly transparent in the terahertz range from 0.1 to 30.0 THz (from 3000 to 10 μm), as well as in visible and infrared regions without absorption windows from 0.5 to 60.0 μm, which opens up wide areas of application as optical products and optical fibers for terahertz technologies, photonics, laser and IR fiber optics.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2790541C1 true RU2790541C1 (en) | 2023-02-22 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2821184C1 (en) * | 2023-11-30 | 2024-06-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | METHOD OF GROWING INFRARED MONOCRYSTALS BASED ON SOLID SOLUTIONS OF TlBr0.46I0.54 - AgCl SYSTEM (VERSIONS) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001027574A1 (en) * | 1999-10-08 | 2001-04-19 | Prosensys, Inc. | Apparatus and method for infrared radiation transmission and system and method for infrared analysis |
| RU2248011C1 (en) * | 2003-07-07 | 2005-03-10 | ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ | X-ray scintillation fiber-optic detector |
| RU2756582C2 (en) * | 2020-03-20 | 2021-10-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Terahertz crystal |
| RU2756581C2 (en) * | 2020-03-20 | 2021-10-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Terahertz crystal |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001027574A1 (en) * | 1999-10-08 | 2001-04-19 | Prosensys, Inc. | Apparatus and method for infrared radiation transmission and system and method for infrared analysis |
| RU2248011C1 (en) * | 2003-07-07 | 2005-03-10 | ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ | X-ray scintillation fiber-optic detector |
| RU2756582C2 (en) * | 2020-03-20 | 2021-10-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Terahertz crystal |
| RU2756581C2 (en) * | 2020-03-20 | 2021-10-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Terahertz crystal |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2821184C1 (en) * | 2023-11-30 | 2024-06-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | METHOD OF GROWING INFRARED MONOCRYSTALS BASED ON SOLID SOLUTIONS OF TlBr0.46I0.54 - AgCl SYSTEM (VERSIONS) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Anis et al. | Influence of formic acid on electrical, linear and nonlinear optical properties of potassium dihydrogen phosphate (KDP) crystals | |
| Salimgareev et al. | Optical properties of the AgBr–AgI system crystals | |
| Salimgareev et al. | Synthesis of the AgBr–AgI system optical crystals | |
| RU2790541C1 (en) | TERAHERTZ CRYSTAL OF THE SYSTEM TlBr0.46 I0.54 - AgI | |
| Zhukova et al. | Highly transparent ceramics for the spectral range from 1.0 to 60.0 µm based on solid solutions of the system AgBr–AgI–TlI–TlBr | |
| Liu et al. | Long wavelength infrared acousto-optic crystal Hg2Br2: Growth optimization and photosensitivity investigation | |
| Kavitha et al. | Studies on synthesis, structural, thermal, optical, spectral and mechanical properties of an inorganic strontium nitrate NLO single crystal | |
| RU2787656C1 (en) | METHOD FOR OBTAINING TERAHERTZ SILVER HALIDE SINGLE CRYSTALS OF AgCl0.25 Br0.75 - AgI SYSTEM | |
| RU2756581C2 (en) | Terahertz crystal | |
| RU2756582C2 (en) | Terahertz crystal | |
| RU2786691C1 (en) | Terahertz crystalline ceramics of the tlbr0.46i0.54 -agi system | |
| RU2809373C1 (en) | SILVER HALIDE NANOCERAMICS BASED ON SOLID SOLUTIONS OF AgCl0.25Br0.75 - AgI SYSTEM | |
| RU2779713C1 (en) | Terahertz nanocrystalline ceramics | |
| RU2767628C1 (en) | Terahertz silver halide nanoceramic | |
| RU2756580C2 (en) | Terahertz crystal | |
| RU2756068C2 (en) | Terahertz crystal | |
| JP6839706B2 (en) | Non-linear optical crystal fluoroboron beryllium salt and its manufacturing method and application | |
| RU2821184C1 (en) | METHOD OF GROWING INFRARED MONOCRYSTALS BASED ON SOLID SOLUTIONS OF TlBr0.46I0.54 - AgCl SYSTEM (VERSIONS) | |
| RU2787549C1 (en) | Method for producing highly transparent optical ceramics based on solid solutions of monovalent thallium and silver halides (options) | |
| RU2816746C1 (en) | Double-layer silver halide infrared light guide | |
| RU2780732C1 (en) | Method for producing terahertz nanocrystalline optical fibers of the agbr-agi system | |
| RU2818885C1 (en) | METHOD OF PRODUCING OPTICAL NANOCERAMICS BASED ON SOLID SOLUTIONS OF THE SYSTEM TlBr0_46I0_54 - AgCl0_25Br0_75 (VERSIONS) | |
| RU2790359C1 (en) | TERAHERTZ SILVER HALIDE OPTICAL FIBER AgCl0.25Br0.75 - AgI SYSTEM | |
| Liu et al. | Effect of dislocations on the optical homogeneity and UV absorption of KABO crystals | |
| RU2774554C1 (en) | Terahertz halide silver nanoceramics |