оптический контакт

ОПТИЧЕСКИЙ КОНТАКТ - контактное соединение двух поверхностей твёрдых тел, тщательно отполированных и сближенных на расстояние, намного меньшее длины световой волны (порядка нм). О. к. в нормальных условиях (на воздухе) приводит к высокопрочному соединению твёрдых тел, обусловленному гл. обр. силами межмолекулярного взаимодействия (водородная связь), возникающими между адсорбированными из воздуха на поверхности контактирующих тел молекулами воды и углеводородов.
Геом. толщина О. к. зависит от качества обработки соединяемых поверхностей и не является пост. величиной в пределах всей контактирующей поверхности. Эфф. геом. толщина определяется как сумма ср. значений высот микронеровностей обеих контактирующих поверхностей. В качестве приближения за эфф. толщину может быть принято ср. значение толщин слоев молекул воды и углеводородов, адсорбированных в О. к. Толщины слоев воды и углеводородов в О. к. в нормальных условиях зависят от технол. факторов изготовления поверхностей, высот микроперовностей контактирующей пары и составляют ок. 1 - 2 и 4 - 10 нм соответственно.
Прочностные свойства О. к. определяются силами сцепления, действующими между контактирующими поверхностями. Различают нормальную составляющую определяющую прочность О. к. на разрыв, и тангенциальную составляющую определяющую прочность на сдвиг. Для типичной пары поверхностей, изготовленных из кварцевого стекла и находящихся в О. к., ср. значения величин и равны 60 Н/см² и 40 Н/см² соответственно. О. к. достаточно стабилен по механич. свойствам, но с течением времени параметры и имеют тенденцию к небольшому увеличению, предельная величина к-рого зависит от материала контактирующей пары и качества полировки. После вакуумирования О. к. и последующего пребывания его в атмосфере с высокой относит. влажностью увеличивается прочность на разрыв и резко (~ в 3 раза) снижается сдвиговая прочность что связано с появлением тонкой прослойки воды, образовавшейся между контактирующими поверхностями в результате капиллярного всасывания. Удаляя молекулы углеводородов с поверхности твёрдых тел и пузырьки воздуха из контактного слоя, можно дополнительно увеличить прочность О. к. (~ в 2 раза).
В условиях вакуума, когда с поверхности соединяемых твёрдых тел удалены адсорбиров. молекулы, прочность О. к. определяется ван-дер-ваальсовыми силами, обусловленными перекрыванием флуктуационного эл--магн. поля в отд. зонах О. к. (см. Межмолекулярное взаимодействие). Для этого случая сила связи взаимодействующих тел определяется через диэлектрич. проницаемости веществ, образующих О. к., и веществ, находящихся в зазоре; причём сила сцепления уменьшается пропорц. кубу расстояния между контактирующими поверхностями.
Оптич. свойства О. к. (отражение, преломление) определяются оптич. свойствами контактирующих тел, кол-вом воды в слое и могут значительно меняться в пределах контакта; напр., коэф. отражения О. к. для пары кварцевых пластин меняется в пределах 10^-4 - 10^-7. Показатель преломления О. к. может быть получен в аддитивном приближении с помощью Лоренца - Лоренца ф-лы, исходя из показателей преломления контактирующих тел, состава адсорбированных в О. к. воды, углеводородов и относит. соотношения высот микронеровностей поверхностей. На рис. представлена зависимость показателя преломления О. к. n_ок от показателя преломления n₁ одной из контактирующих пластин. Измерение n_ок проводится методами нарушенного полного внутреннего отражения, а изменение п₁ обеспечивается набором призм из разных материалов; вторая пластина - кварц (п₂ = 1,457) - не менялась.

Зависимость показателя преломления оптического контакта n_ок от величины показателя преломления п₁ одной из контактирующих пластин: 1 - экспериментальные точки; 2 - теоретическая прямая (аддитивное приближение); 3 - через 2 часа после вакуумирования; 4 - с последующей 5-минутной выдержкой при 100% относительной влажности.

При неравномерном нагревании О. к. легко разрушается, что используется в технологии оптич. приборостроения для оперативной разборки (сборки) высокоточного соединения детали с подложкой. Важной разновидностью О. к. является глубокий О. к., получаемый при высокотемпературном спекании специально обработанных поверхностей. Прочность такого О. к., применяемого для неразъёмного соединения деталей, сравнима с макроскопич. прочностью контактирующих тел.
О. к. применяется для устранения отражения и рассеяния света от поверхности раздела сред, а также для получения высокопрочных разъёмных и неразъёмных соединений в оптич. технологии.

Лит.: Обреимов И. В., Трехов Е. С., Оптический контакт полированных стеклянных поверхностей, "ЖЭТФ", 1957, т. 32, в. 2, с. 185; Дерягин Б. В., Кротова Н. Л., Смилга В. П., Адгезия твердых тел, М., 1977; Золотарёв В. М. и др., Исследование механизма контактного взаимодействия плоских поверхностей диэлектриков, "ФТТ", 1978, т. 20, № 1, с. 177.

В. М. Золотарёв.