Люминесцирующее кварцевое стекло (варианты)

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩЕЕ КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО (ВАРИАНТЫ)(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиУчреждение Российской академии наук Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН(72) Авторы Малашкевич Георгий ЕфимовичКовгар Виктория ВикторовнаПестряков Ефим Викторович(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиУчреждение Российской академии наук Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН(57) 1. Люминесцирующее кварцевое стекло, включающее двуокись кремния, отличающееся тем, что дополнительно содержит окись иттербия и окись рубидия при следующем соотношении компонентов, мас.2 88,0-96,0 23 3,0-9,0 2 1,0-3,0. 2. Люминесцирующее кварцевое стекло, включающее двуокись кремния, отличающееся тем, что дополнительно содержит окись иттербия, окись рубидия и окись цезия при следующем соотношении компонентов, мас.2 87,0-95,0 23 3,0-9,0 2 1,0-2,0 2 1,0-2,0. Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к кварцевому стеклу с наночастицами оксида иттербия (23), полученному по золь-гель процессу, которое может использоваться в качестве активного материала лазеров и усилителей ближнего инфракрасного диапазона (0,99-1,06 мкм). Известно иттербиевое фосфатное стекло 7531473, 2, 2009, , включающее до 30 мол.23. Недостатком известного стекла являются присущие фосфатным стеклам низкие эксплуатационные параметры. Известно люминесцирующее кварцевое стекло 11772, 2009, включающее(мас. ) 95,0-99,4 2, 0,5-4,0 2, 0,1-1,0 23, причем атомарное отношение / составляет не менее 1. Недостатком известного стекла является невозможность его ис 16901 1 2013.02.28 пользования в качестве активного материала лазеров и усилителей для спектральной области с 0,99-1,06 мкм из-за отсутствия соответствующей полосы люминесценции. Известно люминесцирующее кварцевое стекло 6615, 2004, включающее/ составляет не менее 1. Недостатком известного стекла является малая пригодность его для использования в качестве активного материала лазеров и усилителей для спектральной области с 0,99-1,06 мкм из-за более длинноволнового положения полосы люминесценции (от 1,02 мкм до 1,10 мкм, полоса 43/2411/2 ионов 3) и наличия в стекле ионов 3, тушащих люминесценцию 3 по кооперативному процессу 3(43/2415/2)23 (25/227/2). Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является люминесцирующее гельное кварцевое стекло 9281, 2007, включающее (мас. ) 96,000-99,299 2, 0,2-2,0 23, 0,001-0,010, 0,5-2,0 2. Недостатком прототипа является непригодность его использования в качестве активного материала лазеров и усилителей для спектральной области с 0,99-1,06 мкм из-за низкого коэффициента ветвления люминесценции (10 ) в приходящиеся на эту область переходы 45/265/2,7/2 ионов 3 и наложения на нее абсорбционной полосы 5 Н 5/26 9/2 таких ионов, а также эффективного кроссрелаксационного тушения люминесценции. Задачей предлагаемого изобретения является создание стекла с высокой эффективностью люминесценции в спектральной области с 0,99-1,06 мкм и спектром люминесценции, типичным для одноцентровых систем. Использование такого стекла в качестве активного элемента лазеров либо усилителей позволит понизить нестабильность спектра излучения, связанную с неоднородным уширением, типичным для стекловидных матриц. Поставленная задача решается следующим образом 1. Люминесцирующее кварцевое стекло, включающее двуокись кремния, дополнительно содержит окись иттербия и окись рубидия при следующем соотношении компонентов, мас.О 2 88,0-96,0 23 3,0-9,0 2 1,0-3,0 2. Люминесцирующее кварцевое стекло, включающее двуокись кремния, дополнительно содержит окись иттербия, окись рубидия и окись цезия при следующем соотношении компонентов, мас.2 87,0-95,0 23 3,0-9,0 2 1,0-2,0 2 1,0-2,0. Введение 2(2) позволяет повысить в стекле концентрацию 23 при сохранении его прозрачности и сформировать наночастицы оксида иттербия, характеризующиеся эффективной миграцией возбуждений между ионами 3 и отсутствием-групп, тушащих люминесценцию последних. Стекло получали прямым золь-гель методом, включающим следующие этапы гидролиз тетраэтилортосиликата (25)4 в водно-спиртовой среде в присутствии соляной кислоты , используемой в качестве катализатора, до получения золя диспергирование в золе с помощью ультразвуковой установки аэросила, который используется как наполнитель для уменьшения растрескивания ксерогелей очистку полученного золь-коллоида от примесей и грита методом центробежной сепарации нейтрализацию среды водным раствором аммиака сушку в термошкафу термообработку пропитку ксерогеля раствором легирующих соединений сушку в термошкафу спекание ксерогеля до состояния прозрачного стекла при 1150 С. Уменьшение концентрации 23 ниже заявляемой нецелесообразно из-за невысокого линейного коэффициента поглощения в канале накачки (переход 27/225/2 ионов 3). Увеличение концентрации 23 сверх заявляемой нецелесообразно из-за снижения прозрачности стекла. Уменьшение концентрации 2(2) ниже заявляемой нецелесооб 2 16901 1 2013.02.28 разно из-за снижения прозрачности стекла и повышения температуры его спекания. Увеличение концентрации 2(2) выше заявляемой нецелесообразно из-за снижения прозрачности стекла. Составы заявляемого стекла, значения линейного коэффициента поглощенияпри длине волны возбуждения (910 нм) и относительная интегральная интенсивность люминесценциив полосе 25/227/2 ионов 3 приведены в таблице. об,Состав, мас.разца отн. ед. при 910 нм, см-1 2 23 2 2 1 96,0 3,0 1,0 0,25 0,26 2 92,5 5,0 2,5 0,48 0,49 3 88,0 9,0 3,0 1,03 0,96 4 87,0 9,0 2,0 2,0 1,06 1,0 5 92,5 5,0 1,2 1,3 0,49 0,47 6 95,0 3,0 1,0 1,0 0,27 0,27 На фиг. 1 и 2 изображены для образца 2 соответственно спектр светоослабления и нормированные путем приведения в максимуме к единице квантовые спектры стоксовой(кривая 1) и антистоксовой (кривая 2) люминесценции (возбуждение при 910 нм). Видно, что заявляемое стекло в пределах ошибки эксперимента характеризуется линейной зависимостью , свидетельствующей о несущественном концентрационном тушении люминесценции, и типичными для -содержащих стекол спектрами поглощения и инфракрасной люминесценции. Кроме того, заявляемые стекла проявляют сравнительно интенсивную полосу кооперативной антистоксовой люминесценции и независимость спектра люминесценции от длины волны возбуждения, что свидетельствует о высокой доле ионов 3, связанных мостиковым кислородом, и наличии между этими ионами сильных взаимодействий. Последний факт сближает ансамбль оптических центров активатора с одноцентровой системой и снижает нестабильность спектра излучения, связанную с неоднородным уширением, при использовании данного стекла в качестве активного элемента лазеров и усилителей. Таким образом, заявляемое люминесцирующее кварцевое стекло отличается от прототипа наличием широкой (полуширина 66 нм) полосы люминесценции с максимумом при 1005 нм и несущественным концентрационным тушением люминесценции. Эти характеристики обеспечивают заявляемому стеклу преимущества при использовании его в качестве активного элемента лазеров и усилителей для области 0,99-1,06 мкм, а наличие между ионами 3 в таком стекле сильных взаимодействий снижает нестабильность спектра излучения, связанную с неоднородным уширением. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3