Mae gwydr cwarts yn cynnwys silicon deuocsid yn unig, a'r model strwythurol a dderbynnir yn eang ar hyn o bryd yw'r model rhwydwaith ar hap parhaus (CRN). Yn y model hwn, mae atomau Si ac O yn ffurfio strwythurau tetrahedrol tri dimensiwn bron yn berffaith. Mae diagram sgematig yn dangos microstrwythur planar gwydr cwarts purdeb uchel a'i drefniant gofodol yn cael ei ddangos yn y ffigwr. Mae gan fondiau cemegol Si{{6}O O egni bond uchel a hyd bond byr, gan arwain at strwythur gofodol cryno iawn. Oherwydd cywirdeb a thyndra ei strwythur rhwydwaith microsgopig, mae gwydr cwarts purdeb uchel yn arddangos cyfres o briodweddau cynhwysfawr rhagorol ac unigryw, megis trawsyriant optegol uwch, ymwrthedd ymbelydredd, sefydlogrwydd thermol, a sefydlogrwydd cemegol.
Mae hanes paratoi gwydr cwarts yn dyddio'n ôl i 1839, pan gynhyrchodd y Ffrancwr Gandin ddarn o wydr cwarts afloyw yn llwyddiannus trwy doddi tywod cwarts gyda fflam ocsigen hydrogen. Ers hynny, mae gwledydd ledled y byd wedi cymryd rhan weithredol mewn ymchwil a datblygu technolegau gweithgynhyrchu gwydr cwarts. Mae dulliau cynhyrchu newydd wedi dod i'r amlwg, mae prosesau gweithgynhyrchu wedi gwella'n barhaus, ac mae'r diwydiant wedi profi twf cyflym.
Mae'r dull mireinio nwy yn cynnwys defnyddio fflam ocsigen hydrogen i doddi cwarts naturiol, ac yna'n raddol dyddodi'r deunydd tawdd ar wyneb targed gwydr cwarts i gael ingot gwydr cwarts. Y deunyddiau crai ar gyfer y dull toddi trydan a'r dull mireinio nwy yw tywod cwarts. Mae gan wydr cwarts purdeb uchel ofynion llym iawn ar gyfer tywod cwarts, ond mae'r ffynonellau byd-eang o fwyn cwarts purdeb uchel wedi'u lleoli'n bennaf mewn gwledydd fel yr Unol Daleithiau, Norwy ac Awstralia. Mae Tsieina yn ddefnyddiwr mawr o dywod cwarts purdeb uchel, ond mae ffynonellau mwyn cwarts purdeb uchel yn dibynnu'n bennaf ar fewnforion. Gall y lefel uchel o ddibyniaeth ar fewnforion deunydd crai effeithio ar sefydlogrwydd datblygiad diwydiannol. Felly, mae datblygu'r broses baratoi ar gyfer gwydr cwarts synthetig yn arbennig o bwysig.
Mae'r broses o baratoi gwydr cwarts synthetig yn bennaf yn cynnwys dyddodiad anwedd cemegol (Dadodiad Anwedd Cemegol, CVD), dyddodiad anwedd cemegol plasma (PCVD), dull dyddodiad anwedd cemegol anuniongyrchol a dull gel sol.
Gellir dosbarthu gwydr cwarts hefyd yn wydr cwarts afloyw a gwydr cwarts tryloyw yn seiliedig ar ei dryloywder:
Mae gwydr cwarts didraidd yn cynnwys nifer fawr o swigod bach a gronynnau gwasgariad eraill, sy'n cyflwyno golwg afloyw neu led-anhryloyw. Gellir ei ddefnyddio i gynhyrchu adweithyddion synthesis, gwydr optegol, a chrwsiblau toddi ar gyfer silicon crisial sengl.
Mae gwydr cwarts tryloyw yn cynnwys nifer fach o bwyntiau gwasgariad swigen, a fynegir fel arfer mewn ppm. Mae'r amodau paratoi ar gyfer gwydr cwarts tryloyw yn llymach na'r rhai ar gyfer gwydr cwarts afloyw, ac mae ganddo ystod ehangach o gymwysiadau. Mae'n ddeunydd pwysig ar gyfer paratoi cydrannau optegol o ansawdd uchel.
Mae perfformiad gwydr cwarts yn perthyn yn agos i'w purdeb cemegol, sy'n cael ei ddylanwadu gan y deunyddiau crai a'r broses baratoi. Gellir rhannu diffygion cyffredin mewn gwydr cwarts yn ddau gategori: diffygion strwythurol a diffygion macrosgopig. Fel y dangosir yn y ffigur, yn ystod y broses dwf o grisialau cwarts naturiol, mae'n anochel bod diffygion amrywiol yn cael eu cynhyrchu. Yn y broses o baratoi cynhyrchion gwydr, oherwydd cyfyngiadau'r broses baratoi a'r amgylchedd gweithredu, gellir cyflwyno amrywiol amhureddau, gellir cynhyrchu straen gweddilliol, ac felly gall diffygion strwythurol a macrosgopig ddigwydd. Mae diffygion strwythurol gwydr cwarts yn cael eu hachosi gan gyflwyniad amhureddau i'r grid atomig Si{.O, yn bennaf gan gynnwys amhureddau metel a grwpiau hydrocsyl: Mae amhureddau metel yn bennaf yn dod o dywod cwarts, a gall amhureddau metel fel Fe a Cr arwain at wanhau amsugno. Mae'r grwpiau hydrocsyl mewn gwydr cwarts fel arfer yn dod o fflamau ocsigen hydrogen. Bydd y grwpiau hydroxyl yn effeithio ar sefydlogrwydd y bond Si-O, yn lleihau sefydlogrwydd cemegol gwydr cwarts, yn hyrwyddo ffenomenau crisialu, ac ar yr un pryd, bydd y grwpiau hydroxyl yn cynyddu'r golled optegol yn y rhanbarthau tonfedd isgoch agos a chanol. Bydd bandiau amsugno dirgryniad bondiau Si-OH ar donfeddi penodol megis 2.72, 1.39, a 0.9 μm yn effeithio ar gymhwyso gwydr cwarts ym meysydd ffibrau optegol a laserau.
Mae diffygion macrosgopig gwydr cwarts yn bennaf yn cynnwys swigod, cynhwysiant, streipiau a chraciau, ac ati. Mae'r diffygion hyn fel arfer yn digwydd oherwydd purdeb annigonol y deunyddiau crai neu'r broses baratoi amhriodol. Mae gludedd cwarts yn y cyflwr tawdd yn uchel, ac mae'r swigod mewnol yn anodd dianc ar eu pen eu hunain. Os nad yw'r broses doddi yn llym, efallai y bydd ffenomen hefyd lle nad yw'r deunyddiau crai mewnol wedi toddi'n llwyr cyn cael eu hamgáu gan y cwarts sydd eisoes wedi'i doddi ar yr wyneb. Ar yr un pryd, mae gwydr cwarts yn ddargludydd thermol gwael. Yn ystod y broses oeri, mae'r newidiadau tymheredd ar yr wyneb a'r tu mewn yn anghyson, gan ffurfio graddiant tymheredd mawr, cynhyrchu straen thermol, a gall straen thermol gormodol hyd yn oed achosi cracio lleol. Mae lleihau amrywiol ddiffygion y tu mewn i wydr cwarts a sicrhau ei briodweddau optegol rhagorol yn hollbwysig.
Yn y broses o baratoi gwydr cwarts trwy'r dull CVD anuniongyrchol, ar y naill law, defnyddir cyfansoddion sy'n cynnwys silicon purdeb uchel i leihau cynnwys amhureddau metel. Ar y llaw arall, defnyddir sintering ar gyfer dadhydroxylation, gan leihau'r crynodiad hydroxyl o wydr cwarts yn effeithiol, gan ei wneud yn well mewn perfformiad trosglwyddo uwchfioled dwfn, gyda throthwy uwch ar gyfer ymwrthedd difrod laser, a gwella ei briodweddau optegol ymhellach.
Fodd bynnag, pan fydd gwydr cwarts yn cael ei gynhesu ar dymheredd uchel ac yna'n cael ei oeri i dymheredd yr ystafell, cynhyrchir straen thermol, a bydd y straen mewnol anwastad yn cael effaith sylweddol ar briodweddau optegol y cynnyrch. Bydd dosbarthiad anwastad o straen yn achosi i fynegai plygiannol gwahanol ranbarthau o wydr cwarts newid, gan arwain at newidiadau yn y llwybr optegol a dwyster golau'r golau sy'n mynd trwy'r gwydr cwarts, gan gynhyrchu plygiant a gwasgariad anwastad, a lleihau unffurfiaeth optegol y cynnyrch. Ar yr un pryd, bydd y straen-effaith birfringence a achosir yn achosi i flaen ton y pelydr golau gael ei ystumio. Mewn dyfeisiau laser pŵer uchel, bydd ystumiad blaen y don yn effeithio'n uniongyrchol ar sefydlogrwydd y pelydr laser, a gall y straen mewnol hefyd arwain at ostyngiad yn ymwrthedd difrod laser gwydr cwarts, gan leihau ei fywyd gwasanaeth a'i ddibynadwyedd.
Ar gyfer dyfeisiau tonfeddi optegol fel gratiau tonnau arae, laserau, hidlwyr tiwnadwy, ac ati, mae birfringence straen hefyd yn fater na ellir ei anwybyddu. Oherwydd yr effaith ataliad straen, mae nodweddion lluosogi golau yn cael eu newid, gan achosi newid polareiddio a cholli dibynnol polareiddio. Gall yr ardal dan straen hyd yn oed newid siâp modd y ddyfais tonnau optegol, gan effeithio'n ddifrifol ar berfformiad a sefydlogrwydd y ddyfais.
Trwy reoli'r straen o fewn gwydr cwarts, gall ein cwmni osgoi cynhyrchu diffygion difrifol megis cracio, gan sicrhau ei briodweddau optegol rhagorol, a thrwy hynny wella cynnyrch a dibynadwyedd gwydr cwarts, a'i alluogi i ddiwallu anghenion amrywiol gymwysiadau optegol a chwarae rhan bwysig mewn cymwysiadau diwydiannol
