ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРИСТЫХ СТЕКОЛ МЕТОДАМИ ОПТИЧЕСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
ÓÄÊ 621.373: 535: 666.22
ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÏÎÐÈÑÒÛÕ ÑÒÅÊÎË ÌÅÒÎÄÀÌÈ ÎÏÒÈ×ÅÑÊÎÉ ÑÏÅÊÒÐÎÑÊÎÏÈÈ
© 2008 ã.
À. À. Åâñòðàïîâ*, êàíä. òåõí. íàóê; Í. À. Åñèêîâà*; Ò. Â. Àíòðîïîâà**, äîêòîð õèì. íàóê
** Èíñòèòóò àíàëèòè÷åñêîãî ïðèáîðîñòðîåíèÿ ÐÀÍ, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã ** Èíñòèòóò õèìèè ñèëèêàòîâ èì. È.Â. Ãðåáåíùèêîâà ÐÀÍ, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
** E-mail: an_evs@mail.ru
Ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê îáðàçöîâ ïîðèñòûõ è äâóõôàçíûõ ñòåêîë â ïðîõîäÿùåì è îòðàæåííîì ñâåòå. Äëÿ îáðàçöîâ ïîðèñòûõ ñòåêîë îïðåäåëåíû ñïåêòðàëüíûå äèàïàçîíû, â êîòîðûõ ïðåâàëèðóåò ðýëååâñêîå ñâåòîðàññåÿíèå. Äëÿ ñëàáîïîãëîùàþùèõ è ðàññåèâàþùèõ îáðàçöîâ ïîëó÷åíû îöåíêè êîýôôèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ è ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ.  ðàìêàõ ìîäåëè ýôôåêòèâíîé ñðåäû âû÷èñëåíû îöåíêè ïîðèñòîñòè è ðàçìåðîâ ïîðèñòûõ ñòðóêòóð. Äëÿ ðàññåèâàþùèõ ïîðèñòûõ ñòåêîë èñïîëüçîâàíû îöåíêè, ïîëó÷àåìûå ïî ôîðìóëå Ãóðåâè÷à–Êóáåëüêè–Ìóíêà.
Êîäû OCIS: 160.4760, 160.2750, 300.0300.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 22.08.2007
Ââåäåíèå
Ïîðèñòûå ñòåêëà (ÏÑ) – âûñîêîêðåìíåçåìíûå ïðîäóêòû ñêâîçíîãî õèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ (âûùåëà÷èâàíèÿ) äâóõôàçíûõ ùåëî÷íî-áîðîñèëèêàòíûõ ñòåêîë, îáëàäàþò óíèêàëüíûìè îïòè÷åñêèìè è ñîðáöèîííûìè ñâîéñòâàìè è íàõîäÿò øèðîêîå ïðèìåíåíèå â ðàçëè÷íûõ îáëàñòÿõ íàóêè è òåõíèêè [1–6]. Ñîâðåìåííûå òåõíîëîãèè ïîçâîëÿþò ïîëó÷àòü ïîðèñòûå ñòðóêòóðû ñ êîíòðîëèðóåìûìè ñòðóêòóðíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè [7–10], ÷òî îáåñïå÷èâàåò âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ÏÑ â îïòè÷åñêèõ ïðèáîðàõ, óñòðîéñòâàõ è ñåíñîðàõ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ïîðèñòûå ñòðóêòóðû óñïåøíî ïðèìåíÿþòñÿ â ìèêðîàíàëèòè÷åñêèõ ïðèáîðàõ: èñïîëüçóþòñÿ êàê ìèêðîôèëüòðû [11], ìèêðîíàñîñû [12], êîëîíêè [13], ïîäëîæêè äëÿ ïðîáû è ðåàãåíòîâ. Âûñîêàÿ ñîðáöèîííàÿ ñïîñîáíîñòü ÏÑ äåëàåò èõ ïðèâëåêàòåëüíûìè äëÿ ïðèìåíåíèÿ â êà÷åñòâå ÷óâñòâèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ áèî- èëè õåìîñåíñîðîâ, à îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ÏÑ äàþò âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàòü ñïåêòðàëüíûå ìåòîäû äåòåêòèðîâàíèÿ äëÿ îáíàðóæåíèÿ è ðåãèñòðàöèè îáðàçóþùèõñÿ â ñåíñîðå êîìïëåêñîâ.
Ïîýòîìó àêòóàëüíûìè ïðåäñòàâëÿþòñÿ ïðîâåäåíèå êîìïëåêñíûõ èññëåäîâàíèé ÏÑ ìåòîäàìè îïòè÷åñêîé ñïåêòðîñêîïèè è äàëüíåéøåå ðàçâèòèå ðàáîò, ïîçâîëÿþùèõ óñòàíîâèòü ñâÿçü îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ÏÑ ñ õàðàêòåðèñòèêàìè ñòðóêòóðíûõ íåîäíîðîäíîñòåé [14–17]. Íå ìåíåå âàæíîé çàäà÷åé ÿâëÿåòñÿ îïðåäåëåíèå ñïåêòðàëüíûõ äèàïàçîíîâ, â êîòîðûõ ìîæíî ïðèìåíèòü äîâîëüíî ïðîñòûå è àäåêâàòíûå ìîäåëè äëÿ îöåíêè õàðàêòåðèñòèê ïîðîâîãî ïðîñòðàíñòâà ÏÑ (ñì., íàïðèìåð, [14, 16, 17]).
1. Îáðàçöû, îáîðóäîâàíèå è ìåòîäû èçìåðåíèé
Èçó÷àëèñü îáðàçöû äâóõôàçíûõ (8Â, NFF-I è NK-I) è ïîëó÷åííûõ èç íèõ ïîðèñòûõ ñòåêîë (PG2, PG9 è PG12 ñîîòâåòñòâåííî) â âèäå ïðÿìîóãîëüíûõ ïëàñòèí òîëùèíîé 2 ìì. Êðîìå òîãî, áûëè èññëåäîâàíû îáðàçöû äâóõôàçíîãî ñòåêëà DV-1 Sh, ïîäâåðãíóòîãî äâîéíîé òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêå (ïðè 650 °Ñ â òå÷åíèå 30 ÷ è 530 °Ñ – 72 ÷), à òàêæå ïîëó÷åííûå èç íåãî ïîðèñòûå ñòåêëà MIP è MAP òîëùèíîé 0,5 è 1 ìì.
Ñïåêòðîôîòîìåòðè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè îáðàçöîâ èçìåðÿëèñü â ïðîõîäÿùåì è îòðàæåííîì ñâåòå íà äâóõëó÷åâîì ñïåêòðîôîòîìåòðå HITACHI U3410 (ßïîíèÿ) â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå 250–850 íì ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðèñòàâîê çåðêàëüíîãî (5° Specular Reflectance Attachment) è äèôôóçíîãî îòðàæåíèÿ (Integrating Sphere Accessory). Èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëèñü ïðè ñêîðîñòè ñêàíèðîâàíèÿ ñïåêòðà 120 íì/ìèí è ñïåêòðàëüíîé øèðèíå ùåëè 2 íì.
2. Ñïåêòðàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè è ñòðóêòóðíûå íåîäíîðîäíîñòè
Ñïåêòðàëüíûå çàâèñèìîñòè ïðîïóñêàíèÿ è îòðàæåíèÿ ÏÑ ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü êîìïëåêñíóþ èíôîðìàöèþ îá îáðàçöå: î ïîãëîùåíèè ìàòåðèàëà, îòðàæåíèè è ðàññåÿíèè ñâåòîâîãî ïîòîêà îò ãðàíèö ðàçäåëà ñðåä, íåîäíîðîäíîñòåé ñòðóêòóðû è ïîâåðõíîñòè. Äâóõôàçíûå è ïîðèñòûå ñòåêëà ìîæíî óñëîâíî ïðåäñòàâèòü êàê ãåòåðîãåííûå ñèñòåìû ñ íåêîòîðûì ýôôåêòèâíûì ðàçìåðîì ôàçîâûõ íåîäíîðîä-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 4, 2008
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íîñòåé.  äâóõôàçíûõ ñòåêëàõ íàáëþäàåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî íåçíà÷èòåëüíîå îñëàáëåíèå ñâåòà, îáóñëîâëåííîå ìàëûì ïîãëîùåíèåì ìàòåðèàëîì ñòåêëà è îòíîñèòåëüíî íèçêèì óðîâíåì ðàññåÿíèÿ íåîäíîðîäíîñòåé. Ê îäíîìó èç íàèáîëåå âåðîÿòíûõ èñòî÷íèêîâ ðàññåÿíèÿ äâóõôàçíûõ ñòåêîë, ïî ìíåíèþ àâòîðîâ [18, 19], îòíîñèòñÿ ñòðóêòóðíàÿ íåîäíîðîäíîñòü ëèêâàöèîííîãî òèïà, ïàðàìåòðû êîòîðîé îïðåäåëÿþòñÿ ñîñòàâîì èñõîäíîãî ñòåêëà è ðåæèìîì åãî òåïëîâîé îáðàáîòêè. Äëÿ îöåíêè îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê (ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ è êîýôôèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ) â ýòîì ñëó÷àå ïðèìåíÿþòñÿ ïðîñòûå ìîäåëè, äîïóñêàþùèå, ÷òî êîýôôèöèåíòû ïîãëîùåíèÿ è ðàññåÿíèÿ ìàëû ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ. ÏÑ îòëè÷àþòñÿ îò äâóõôàçíûõ íàëè÷èåì äîïîëíèòåëüíûõ íåîäíîðîäíîñòåé: îòëîæåíèé êðåìíåãåëÿ (ñòðàòû, ñòåðæíåâèäíûå ñòðóêòóðû è ò. ï.), ïîð è ìèêðîâêëþ÷åíèé. Ýòè íåîäíîðîäíîñòè ñëàáî ïîãëîùàþò ñâåò, íî âíîñÿò ñóùåñòâåííûé âêëàä â îñëàáëåíèå ñâåòîâîãî ïîòîêà èç-çà ðàññåÿíèÿ [10, 19–21].
 çàâèñèìîñòè îò ðàçìåðîâ, ôîðìû è ðàñïðåäåëåíèÿ íåîäíîðîäíîñòåé â ìàòåðèàëå âîçìîæíû ðàçëè÷íûå âàðèàíòû ðàññåÿíèÿ ñâåòà. Íàèáîëåå õîðîøî èçó÷åíû ñëó÷àè ðýëååâñêîãî ðàññåÿíèÿ, êîãäà ðàçìåðû íåîäíîðîäíîñòåé ìåíüøå, ÷åì äëèíà âîëíû çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ. Íàëè÷èå êðóïíûõ íåîäíîðîäíîñòåé ïðèâîäèò ê äèôðàêöèîííîìó ðàññåÿíèþ è ðàññåÿíèþ Ìè.  îáðàçöàõ ÏÑ èìåþòñÿ êàê ìåëêèå íåîäíîðîäíîñòè (à èìåííî ïîðû, ÷àñòèöû âòîðè÷íîãî êðåìíåçåìà), òàê è êðóïíûå (â êà÷åñòâå êîòîðûõ ìîãóò ðàññìàòðèâàòüñÿ ìàêðîâêëþ÷åíèÿ ìåëêèõ íåîäíîðîäíîñòåé ñ âûñîêîé ëîêàëüíîé êîíöåíòðàöèåé, à òàêæå óïîìèíàâøèåñÿ îòëîæåíèÿ êðåìíåãåëÿ), ÷òî äîëæíî ïðèâîäèòü ê ñëîæíîé êàðòèíå ðàññåÿíèÿ ñâåòà. Î ñëîæíîì ìåõàíèçìå ðàññåÿíèÿ â ÏÑ ñâèäåòåëüñòâóåò è òîò ôàêò, ÷òî ñòðîãàÿ ñâÿçü ïðîïóñêàíèÿ ïëàñòèí ÏÑ â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå 350–800 íì ñ ðàçìåðàìè ïîð (ïðè ðàçìåðàõ ïîð ìíîãî ìåíüøèõ äëèíû âîëíû) îòñóòñòâóåò äàæå ïðè ó÷åòå ïàðàìåòðîâ ñòðóêòóðû ïîð ÏÑ [20–22].
Âûÿâëåíèå ñïåêòðàëüíîãî äèàïàçîíà, â êîòîðîì ïðåâàëèðóåò òîò èëè èíîé òèï ðàññåÿíèÿ, äàåò âîçìîæíîñòü îïðåäåëèòü õàðàêòåðèñòèêè ìèêðîñòðóêòóð, èñïîëüçóÿ äîñòàòî÷íî ïðîñòûå ìîäåëè [10, 23, 24].
Ïðîïóñêàíèå ïëàñòèí ÏÑ îïðåäåëÿþò ïî êðàéíåé ìåðå äâà êîìïîíåíòà: ïîãëîùåíèå è ðàññåÿíèå ìàòåðèàëà îáðàçöà è ñóùåñòâóþùèõ íåîäíîðîäíîñòåé. Ïðè îáû÷íîì èçìåðåíèè ïðîïóñêàíèÿ çàòðóäíèòåëüíî ðàçäåëèòü ýòè êîìïîíåíòû, îñîáåííî â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà îíè ñîèçìåðèìû. Åñòü îñíîâàíèÿ ïîëàãàòü, ÷òî áîëåå èíôîðìàòèâíûì ÿâëÿåòñÿ èçìåðåíèå ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê íå òîëüêî
ïðîïóñêàíèÿ, íî è îòðàæåíèÿ, êîòîðîå çàâèñèò îò øåðîõîâàòîñòè ïîâåðõíîñòè, õàðàêòåðèñòèê çîíäèðóåìûõ ñðåä, êîëè÷åñòâà, ôîðìû è ðàçìåðîâ îòêðûòûõ ïîð íà ïîâåðõíîñòè îáðàçöà. Äîïîëíèòåëüíóþ èíôîðìàöèþ î ñòðóêòóðíûõ íåîäíîðîäíîñòÿõ òàêæå ìîæíî ïîëó÷èòü ïðè èçó÷åíèè ðàññåÿíèÿ îáðàçöà. Íî òàê êàê ïîðèñòûå ñòåêëà îáëàäàþò ðàçíûì ðàññåÿíèåì, îêàçûâàåòñÿ íåâîçìîæíûì èñïîëüçîâàòü åäèíûé ïîäõîä ïðè îïðåäåëåíèè îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ðàçíûõ ñòåêîë.
2.1. Îñëàáëåíèå è ïîãëîùåíèå ñâåòà â îáðàçöàõ
Îäíîé èç çàäà÷ ïðè íàõîæäåíèè îöåíîê îïòè÷åñ-
êèõ õàðàêòåðèñòèê îáðàçöîâ áûëî îïðåäåëåíèå ñïåê-
òðàëüíûõ äèàïàçîíîâ, â êîòîðûõ ïðåâàëèðóåò ðàññåÿ-
íèå èëè ïîãëîùåíèå. Îñëàáëåíèå ñâåòîâîãî ïîòîêà â
ãåòåðîãåííîé ñðåäå ïðè äëèíå âîëíû λ çîíäèðóþùå-
ãî èçëó÷åíèÿ ñâÿçàíî ñ ïîãëîùåíèåì è ðàññåÿíèåì íà
÷àñòèöàõ èëè íåîäíîðîäíîñòÿõ. Åñëè ðàçìåðû ÷àñòèö
èëè íåîäíîðîäíîñòåé ìàëû (ðàçìåð ÷àñòèö a
ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÏÎÐÈÑÒÛÕ ÑÒÅÊÎË ÌÅÒÎÄÀÌÈ ÎÏÒÈ×ÅÑÊÎÉ ÑÏÅÊÒÐÎÑÊÎÏÈÈ
© 2008 ã.
À. À. Åâñòðàïîâ*, êàíä. òåõí. íàóê; Í. À. Åñèêîâà*; Ò. Â. Àíòðîïîâà**, äîêòîð õèì. íàóê
** Èíñòèòóò àíàëèòè÷åñêîãî ïðèáîðîñòðîåíèÿ ÐÀÍ, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã ** Èíñòèòóò õèìèè ñèëèêàòîâ èì. È.Â. Ãðåáåíùèêîâà ÐÀÍ, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
** E-mail: an_evs@mail.ru
Ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê îáðàçöîâ ïîðèñòûõ è äâóõôàçíûõ ñòåêîë â ïðîõîäÿùåì è îòðàæåííîì ñâåòå. Äëÿ îáðàçöîâ ïîðèñòûõ ñòåêîë îïðåäåëåíû ñïåêòðàëüíûå äèàïàçîíû, â êîòîðûõ ïðåâàëèðóåò ðýëååâñêîå ñâåòîðàññåÿíèå. Äëÿ ñëàáîïîãëîùàþùèõ è ðàññåèâàþùèõ îáðàçöîâ ïîëó÷åíû îöåíêè êîýôôèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ è ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ.  ðàìêàõ ìîäåëè ýôôåêòèâíîé ñðåäû âû÷èñëåíû îöåíêè ïîðèñòîñòè è ðàçìåðîâ ïîðèñòûõ ñòðóêòóð. Äëÿ ðàññåèâàþùèõ ïîðèñòûõ ñòåêîë èñïîëüçîâàíû îöåíêè, ïîëó÷àåìûå ïî ôîðìóëå Ãóðåâè÷à–Êóáåëüêè–Ìóíêà.
Êîäû OCIS: 160.4760, 160.2750, 300.0300.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 22.08.2007
Ââåäåíèå
Ïîðèñòûå ñòåêëà (ÏÑ) – âûñîêîêðåìíåçåìíûå ïðîäóêòû ñêâîçíîãî õèìè÷åñêîãî òðàâëåíèÿ (âûùåëà÷èâàíèÿ) äâóõôàçíûõ ùåëî÷íî-áîðîñèëèêàòíûõ ñòåêîë, îáëàäàþò óíèêàëüíûìè îïòè÷åñêèìè è ñîðáöèîííûìè ñâîéñòâàìè è íàõîäÿò øèðîêîå ïðèìåíåíèå â ðàçëè÷íûõ îáëàñòÿõ íàóêè è òåõíèêè [1–6]. Ñîâðåìåííûå òåõíîëîãèè ïîçâîëÿþò ïîëó÷àòü ïîðèñòûå ñòðóêòóðû ñ êîíòðîëèðóåìûìè ñòðóêòóðíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè [7–10], ÷òî îáåñïå÷èâàåò âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ÏÑ â îïòè÷åñêèõ ïðèáîðàõ, óñòðîéñòâàõ è ñåíñîðàõ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ ïîðèñòûå ñòðóêòóðû óñïåøíî ïðèìåíÿþòñÿ â ìèêðîàíàëèòè÷åñêèõ ïðèáîðàõ: èñïîëüçóþòñÿ êàê ìèêðîôèëüòðû [11], ìèêðîíàñîñû [12], êîëîíêè [13], ïîäëîæêè äëÿ ïðîáû è ðåàãåíòîâ. Âûñîêàÿ ñîðáöèîííàÿ ñïîñîáíîñòü ÏÑ äåëàåò èõ ïðèâëåêàòåëüíûìè äëÿ ïðèìåíåíèÿ â êà÷åñòâå ÷óâñòâèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ áèî- èëè õåìîñåíñîðîâ, à îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ÏÑ äàþò âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàòü ñïåêòðàëüíûå ìåòîäû äåòåêòèðîâàíèÿ äëÿ îáíàðóæåíèÿ è ðåãèñòðàöèè îáðàçóþùèõñÿ â ñåíñîðå êîìïëåêñîâ.
Ïîýòîìó àêòóàëüíûìè ïðåäñòàâëÿþòñÿ ïðîâåäåíèå êîìïëåêñíûõ èññëåäîâàíèé ÏÑ ìåòîäàìè îïòè÷åñêîé ñïåêòðîñêîïèè è äàëüíåéøåå ðàçâèòèå ðàáîò, ïîçâîëÿþùèõ óñòàíîâèòü ñâÿçü îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ÏÑ ñ õàðàêòåðèñòèêàìè ñòðóêòóðíûõ íåîäíîðîäíîñòåé [14–17]. Íå ìåíåå âàæíîé çàäà÷åé ÿâëÿåòñÿ îïðåäåëåíèå ñïåêòðàëüíûõ äèàïàçîíîâ, â êîòîðûõ ìîæíî ïðèìåíèòü äîâîëüíî ïðîñòûå è àäåêâàòíûå ìîäåëè äëÿ îöåíêè õàðàêòåðèñòèê ïîðîâîãî ïðîñòðàíñòâà ÏÑ (ñì., íàïðèìåð, [14, 16, 17]).
1. Îáðàçöû, îáîðóäîâàíèå è ìåòîäû èçìåðåíèé
Èçó÷àëèñü îáðàçöû äâóõôàçíûõ (8Â, NFF-I è NK-I) è ïîëó÷åííûõ èç íèõ ïîðèñòûõ ñòåêîë (PG2, PG9 è PG12 ñîîòâåòñòâåííî) â âèäå ïðÿìîóãîëüíûõ ïëàñòèí òîëùèíîé 2 ìì. Êðîìå òîãî, áûëè èññëåäîâàíû îáðàçöû äâóõôàçíîãî ñòåêëà DV-1 Sh, ïîäâåðãíóòîãî äâîéíîé òåðìè÷åñêîé îáðàáîòêå (ïðè 650 °Ñ â òå÷åíèå 30 ÷ è 530 °Ñ – 72 ÷), à òàêæå ïîëó÷åííûå èç íåãî ïîðèñòûå ñòåêëà MIP è MAP òîëùèíîé 0,5 è 1 ìì.
Ñïåêòðîôîòîìåòðè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè îáðàçöîâ èçìåðÿëèñü â ïðîõîäÿùåì è îòðàæåííîì ñâåòå íà äâóõëó÷åâîì ñïåêòðîôîòîìåòðå HITACHI U3410 (ßïîíèÿ) â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå 250–850 íì ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðèñòàâîê çåðêàëüíîãî (5° Specular Reflectance Attachment) è äèôôóçíîãî îòðàæåíèÿ (Integrating Sphere Accessory). Èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëèñü ïðè ñêîðîñòè ñêàíèðîâàíèÿ ñïåêòðà 120 íì/ìèí è ñïåêòðàëüíîé øèðèíå ùåëè 2 íì.
2. Ñïåêòðàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè è ñòðóêòóðíûå íåîäíîðîäíîñòè
Ñïåêòðàëüíûå çàâèñèìîñòè ïðîïóñêàíèÿ è îòðàæåíèÿ ÏÑ ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü êîìïëåêñíóþ èíôîðìàöèþ îá îáðàçöå: î ïîãëîùåíèè ìàòåðèàëà, îòðàæåíèè è ðàññåÿíèè ñâåòîâîãî ïîòîêà îò ãðàíèö ðàçäåëà ñðåä, íåîäíîðîäíîñòåé ñòðóêòóðû è ïîâåðõíîñòè. Äâóõôàçíûå è ïîðèñòûå ñòåêëà ìîæíî óñëîâíî ïðåäñòàâèòü êàê ãåòåðîãåííûå ñèñòåìû ñ íåêîòîðûì ýôôåêòèâíûì ðàçìåðîì ôàçîâûõ íåîäíîðîä-
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 4, 2008
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íîñòåé.  äâóõôàçíûõ ñòåêëàõ íàáëþäàåòñÿ ïðåèìóùåñòâåííî íåçíà÷èòåëüíîå îñëàáëåíèå ñâåòà, îáóñëîâëåííîå ìàëûì ïîãëîùåíèåì ìàòåðèàëîì ñòåêëà è îòíîñèòåëüíî íèçêèì óðîâíåì ðàññåÿíèÿ íåîäíîðîäíîñòåé. Ê îäíîìó èç íàèáîëåå âåðîÿòíûõ èñòî÷íèêîâ ðàññåÿíèÿ äâóõôàçíûõ ñòåêîë, ïî ìíåíèþ àâòîðîâ [18, 19], îòíîñèòñÿ ñòðóêòóðíàÿ íåîäíîðîäíîñòü ëèêâàöèîííîãî òèïà, ïàðàìåòðû êîòîðîé îïðåäåëÿþòñÿ ñîñòàâîì èñõîäíîãî ñòåêëà è ðåæèìîì åãî òåïëîâîé îáðàáîòêè. Äëÿ îöåíêè îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê (ïîêàçàòåëÿ ïðåëîìëåíèÿ è êîýôôèöèåíòà ïîãëîùåíèÿ) â ýòîì ñëó÷àå ïðèìåíÿþòñÿ ïðîñòûå ìîäåëè, äîïóñêàþùèå, ÷òî êîýôôèöèåíòû ïîãëîùåíèÿ è ðàññåÿíèÿ ìàëû ïî ñðàâíåíèþ ñ ïîêàçàòåëåì ïðåëîìëåíèÿ. ÏÑ îòëè÷àþòñÿ îò äâóõôàçíûõ íàëè÷èåì äîïîëíèòåëüíûõ íåîäíîðîäíîñòåé: îòëîæåíèé êðåìíåãåëÿ (ñòðàòû, ñòåðæíåâèäíûå ñòðóêòóðû è ò. ï.), ïîð è ìèêðîâêëþ÷åíèé. Ýòè íåîäíîðîäíîñòè ñëàáî ïîãëîùàþò ñâåò, íî âíîñÿò ñóùåñòâåííûé âêëàä â îñëàáëåíèå ñâåòîâîãî ïîòîêà èç-çà ðàññåÿíèÿ [10, 19–21].
 çàâèñèìîñòè îò ðàçìåðîâ, ôîðìû è ðàñïðåäåëåíèÿ íåîäíîðîäíîñòåé â ìàòåðèàëå âîçìîæíû ðàçëè÷íûå âàðèàíòû ðàññåÿíèÿ ñâåòà. Íàèáîëåå õîðîøî èçó÷åíû ñëó÷àè ðýëååâñêîãî ðàññåÿíèÿ, êîãäà ðàçìåðû íåîäíîðîäíîñòåé ìåíüøå, ÷åì äëèíà âîëíû çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ. Íàëè÷èå êðóïíûõ íåîäíîðîäíîñòåé ïðèâîäèò ê äèôðàêöèîííîìó ðàññåÿíèþ è ðàññåÿíèþ Ìè.  îáðàçöàõ ÏÑ èìåþòñÿ êàê ìåëêèå íåîäíîðîäíîñòè (à èìåííî ïîðû, ÷àñòèöû âòîðè÷íîãî êðåìíåçåìà), òàê è êðóïíûå (â êà÷åñòâå êîòîðûõ ìîãóò ðàññìàòðèâàòüñÿ ìàêðîâêëþ÷åíèÿ ìåëêèõ íåîäíîðîäíîñòåé ñ âûñîêîé ëîêàëüíîé êîíöåíòðàöèåé, à òàêæå óïîìèíàâøèåñÿ îòëîæåíèÿ êðåìíåãåëÿ), ÷òî äîëæíî ïðèâîäèòü ê ñëîæíîé êàðòèíå ðàññåÿíèÿ ñâåòà. Î ñëîæíîì ìåõàíèçìå ðàññåÿíèÿ â ÏÑ ñâèäåòåëüñòâóåò è òîò ôàêò, ÷òî ñòðîãàÿ ñâÿçü ïðîïóñêàíèÿ ïëàñòèí ÏÑ â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå 350–800 íì ñ ðàçìåðàìè ïîð (ïðè ðàçìåðàõ ïîð ìíîãî ìåíüøèõ äëèíû âîëíû) îòñóòñòâóåò äàæå ïðè ó÷åòå ïàðàìåòðîâ ñòðóêòóðû ïîð ÏÑ [20–22].
Âûÿâëåíèå ñïåêòðàëüíîãî äèàïàçîíà, â êîòîðîì ïðåâàëèðóåò òîò èëè èíîé òèï ðàññåÿíèÿ, äàåò âîçìîæíîñòü îïðåäåëèòü õàðàêòåðèñòèêè ìèêðîñòðóêòóð, èñïîëüçóÿ äîñòàòî÷íî ïðîñòûå ìîäåëè [10, 23, 24].
Ïðîïóñêàíèå ïëàñòèí ÏÑ îïðåäåëÿþò ïî êðàéíåé ìåðå äâà êîìïîíåíòà: ïîãëîùåíèå è ðàññåÿíèå ìàòåðèàëà îáðàçöà è ñóùåñòâóþùèõ íåîäíîðîäíîñòåé. Ïðè îáû÷íîì èçìåðåíèè ïðîïóñêàíèÿ çàòðóäíèòåëüíî ðàçäåëèòü ýòè êîìïîíåíòû, îñîáåííî â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà îíè ñîèçìåðèìû. Åñòü îñíîâàíèÿ ïîëàãàòü, ÷òî áîëåå èíôîðìàòèâíûì ÿâëÿåòñÿ èçìåðåíèå ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê íå òîëüêî
ïðîïóñêàíèÿ, íî è îòðàæåíèÿ, êîòîðîå çàâèñèò îò øåðîõîâàòîñòè ïîâåðõíîñòè, õàðàêòåðèñòèê çîíäèðóåìûõ ñðåä, êîëè÷åñòâà, ôîðìû è ðàçìåðîâ îòêðûòûõ ïîð íà ïîâåðõíîñòè îáðàçöà. Äîïîëíèòåëüíóþ èíôîðìàöèþ î ñòðóêòóðíûõ íåîäíîðîäíîñòÿõ òàêæå ìîæíî ïîëó÷èòü ïðè èçó÷åíèè ðàññåÿíèÿ îáðàçöà. Íî òàê êàê ïîðèñòûå ñòåêëà îáëàäàþò ðàçíûì ðàññåÿíèåì, îêàçûâàåòñÿ íåâîçìîæíûì èñïîëüçîâàòü åäèíûé ïîäõîä ïðè îïðåäåëåíèè îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ðàçíûõ ñòåêîë.
2.1. Îñëàáëåíèå è ïîãëîùåíèå ñâåòà â îáðàçöàõ
Îäíîé èç çàäà÷ ïðè íàõîæäåíèè îöåíîê îïòè÷åñ-
êèõ õàðàêòåðèñòèê îáðàçöîâ áûëî îïðåäåëåíèå ñïåê-
òðàëüíûõ äèàïàçîíîâ, â êîòîðûõ ïðåâàëèðóåò ðàññåÿ-
íèå èëè ïîãëîùåíèå. Îñëàáëåíèå ñâåòîâîãî ïîòîêà â
ãåòåðîãåííîé ñðåäå ïðè äëèíå âîëíû λ çîíäèðóþùå-
ãî èçëó÷åíèÿ ñâÿçàíî ñ ïîãëîùåíèåì è ðàññåÿíèåì íà
÷àñòèöàõ èëè íåîäíîðîäíîñòÿõ. Åñëè ðàçìåðû ÷àñòèö
èëè íåîäíîðîäíîñòåé ìàëû (ðàçìåð ÷àñòèö a