High performance silica glass produced by flame aerosol method for photonic components

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Neste trabalho estudou-se o efeito da variação dos parâmetros do processo VAD (Vaporphase Axial Deposition) sobre as propriedades estruturais e ópticas da sílica vítrea visando o desenvolvimento de um material de alto desempenho óptico empregado no sistema óptico de equipamentos litográficos. As propriedades estruturais das preformas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) e espectroscopia de absorção de estrutura fina de raios-X (XAFS). Absorção de raios-X (ARX) e tratamento de imagem digital foram utilizados para a obtenção da distribuição radial da densidade e da densidade média da sílica porosa, respectivamente. As propriedades ópticas foram determinadas por interferometria, espectroscopia óptica, espectrometria de polarização, espectroscopia Raman, espectroscopia no infravermelho e espectrofotometria de absorção óptica. Como principal resultado, obteve-se sílica vítrea com homogeneidade radial da estrutura, ?n = 3 ppm, birrefringência = 2 nm/cm e transmitância de 87 % em ? = 400 nm quando consolidada em atmosfera de He podendo superar 90 % quando consolidadas em vácuo. Este desempenho óptico foi obtido em até 95 % do diâmetro da preforma sem a necessidade de etapas adicionais, como o recozimento e a extração da região do diâmetro externo da preforma (geralmente a parte heterogênea) através de corte, reduzindo significativamente o tempo e custo de fabricação da sílica. Abstract: This research reports the study of the effect of processing parameters of VAD (Vapor-phase Axial Deposition) method on structural and optical properties of silica glass aiming the development of an optically homogeneous material for use on lithographic equipments. The structural properties were characterized by the scanning electron microscopy (SEM), small-angle X-ray scattering (SAXS), and X-ray absorption fine structure (XAFS). X-ray absorption (XRA) and digital image processing were used to obtain the density radial distribution and average density of silica soot, respectively. The optical properties were determined by interferometry, optical spectroscopy, polarization spectrometry, Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, and optical absorption spectrophotometry. As a main result, silica glass was produced with structural radial homogeneity, ?n = 3 ppm, birefringence = 2 nm/cm, and transmittance of 87 % at ? = 400 nm when it was consolidated with He atmosphere and higher than 90 % in vacuum. This optical performance was obtained in 95 % of preform diameter without additional steps, such as annealing and cutting of preform outer diameter region (usually the heterogeneous part) which significantly reduces the time and cost of silica fabrication. Doutorado Materiais e Processos de Fabricação Doutor em Engenharia Mecânica