РАССЕИВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ИММЕРСИОННЫМИ ЖИДКОСТЯМИ

В современном мире лазерное излучение неизменно завоевывает своё внимание у учённых со всех уголков мира. В данной работе рассмотрена задача рассеяния лазерного излучения вязкими жидкостями. В качестве вязких жидкостей выбраны анилин и керосин. Проведен сравнительный анализ коэффициентов отражения.

Лазерное излучение - вынужденное испускание атомами вещества порций-квантов электромагнитного излучения посредством лазера. Данное излучение представляет собой особый вид электромагнитного излучения, известно, что его длина волны варьируется в диапазоне 0,1…1000 мкм. Для лазерного излучения характерны такие свойства как высокая степень когерентности и монохроматичности излучения, малая расходимость луча, острая фокусировка излучения и возможность получения огромной плотности мощности излучения, поэтому лазеры широко применяются в различных областях человеческой деятельности. Нельзя рассмотреть рассеяние лазерного излучения в отдельности, так как через разные среды излучение проходит по-разному. Особый интерес вызывает рассеяние лазерного излучения в иммерсионных жидкостях. Иммерсионные жидкости получили широкое распространение в оптоэлектронике для эталонного изучения веществ с неизвестными показателями преломления, для ремонта разрывов оптоволокна, в процессах формирования топологии объектов методом иммерсионной ультрафиолетовой литографии и т.д.

Идеальными иммерсионными жидкостями можно назвать те жидкости, которые обладают такими свойствам, как:

• не имеют резких неприятных запахов;
•  не дают вредных и ядовитых испарений;
•  не вступают в реакцию с граничащими материалами;
•  химически - стойкие;
•  мало летучие, маловязкие и не гигроскопичные;
• обладают малой нормальной дисперсией преломления;
• имеют малый температурный коэффициент.

В настоящее время иммерсионные жидкости изготавливают в виде комплектов некоторыми заводами химреактивов. Данные комплекты обладают показателями преломления от 1,400 до 1,780. Несмотря на это, эти наборы имеют ряд недостатков в плане дифференцированного расхода и не удобного обозначения (без указания показателя преломления). Так же иммерсионные жидкости имеют такое свойство, как изменять показатель преломления с течением времени, это происходит даже при грамотном и тщательном хранении и обращении с ними. Поэтому следует один-два раза в год проверять данные показатели. Для изучения рассеяния лазерного излучения, в качестве экспериментального вещества рассмотрены, для сравнения, анилин и керосин.

Анилин [1]  – органическое соединение, простейший ароматический амин, в котором аминогруппа напрямую связана с бензольным кольцом (рис 1). Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость, которая имеет  характерный запах. Температура кипения 184,4 С.

Рисунок 1. Структурная формула анилина

Физические свойства анилина

Анилин легко растворим в жирах, спирте, эфире, ацетоне, а также растворим в воде при t=20°С на 3,4 % ; температура кипения 184,4°С; мало летуч.

Химические свойства анилина

Так как электронная пара азота частично смещена в бензольное кольцо, анилин является более слабым основанием, чем алифатические амины.

1. Анилин вступает в реакцию с сильными кислотами, образуя соли фениламония.

+ HCl→Cl

2. Анилин вступает в реакции электрофильного замещения в бензольном кольце.

3. С концентрированной азотной кислотой анилин взаимодействует со взрывом.

При взаимодействии с азотистой кислотой образуются соли диазония:

4. Анилин учувствует в качественной реакции, он легко подвергается окислению, темнеет при хранении. Если на анилин действовать хлорной известью, то водный раствор анилин окрашивает в интенсивный фиолетовый цвет.

Керосин, более известный как растворитель и топливо [3], представляет собой горючую смесь жидких углеводов. Температура кипения 260 С, что является безусловным достоинством при работе с лазером. Данная смесь прозрачна и бесцветна, немного маслянистая на ощупь. Получить керосин можно различными способами перегонки нефти, от этого зависит химический состав керосина и, соответственно показатель преломления.

Рассчитаем коэффициент отражения лазерного излучения от жидкости (величина которого и будет характеризовать рассеяние), воспользовавшись формулой Френеля [4], для случая нормального падения лазерного излучения

 ,

где n - показатель преломления.

Для расчетов используем  - показатель преломления анилина,  - показатель преломления керосина.

Коэффициент отражения анилина:

Коэффициент отражения керосина:

Итак, мы видим, что коэффициент отражения анилина больше, чем у керосина. Таким образом, рассеивание лазерного излучения анилином будет больше, чем керосином. С одной стороны, это уменьшает возможности использования анилина как среды, проводящей излучение, с другой стороны, в иммерсионной литографии, где угловое разрешение увеличивается пропорционально показателю преломления

Список литературы:

1. Анилин. Свойства анилина. URL: https://www.calc.ru/Anilin-Svoystva-Anilina.html (дата обращения 15. 09. 2016)
2. Иммерсионные жидкости. URL: http://biofile.ru/geo/8159.html
3. Климков Ю.М., Хорошеев М.В. Лазерная техника: Учебное пособие – М.: МИИГАиК, 2014 - 143 с.
4. Свойства керосина и основные области его применения. URL: http://freezante.ru/blog/speczhidkosti/speczhidkosti_50.html
5. Химия. Лекции и электронные учебники на Xenoid.Ru. URL: http://www.xenoid.ru/materials/himiya/uch_chem_organ10.php (дата обращения 17.09.2016)