Люминесцирующее кварцевое стекло

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева(72) Авторы Малашкевич Георгий ЕфимовичМалашкевич Андрей ГеоргиевичСигаев Владимир Николаевич(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева(57) Люминесцирующее кварцевое стекло, включающее 2, 23 и -, отличающееся тем, что дополнительно содержит 23 и 2 при следующем соотношении компонентов, мас.94,6-98,8 2 23 0,5-2,2 0,1-0,3 23 0,5-2,2 2 0,1-0,8. Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к полученному по зольгель процессу кварцевому стеклу, легированному самарием, которое может использоваться в качестве активных элементов лазеров и суперлюминесцентных излучателей, функционирующих в области максимальной спектральной эффективности фотосинтеза. Известно светотехническое стекло следующего состава (мас. ) (62-76) 2, (0,5-5) 23, (7-16) 2, (0,1-6) 2, (1-8) , (1-8) , (0,01-0,4) 23, (0,01-3) 2, (1-6) 23, (0,8-5) , (0,1-4) , (0,01-0,6) 23, (0,01-0,6) 23 ( 2145582). Недостатками стекла являются малая доля квантов ( 20 ), испускаемых в полосе при 650 нм, соответствующей максимальной спектральной эффективности фотосинтеза, и невысокий квантовый выход люминесценции из-за наличия 23. Это не позволяет использовать его в качестве активных элементов лазеров и суперлюминесцентных излучателей. 17210 1 2013.06.30 Известно люминесцирующее стекло следующего состава (мол. ) (65-73) 23, (15-20) 23, (8-15) 23, (0,1-4) 23 (патент 2415089). Недостатком стекла является невысокая доля квантов люминесценции ( 27 ) в спектральной полосе 55/269/2 (650 нм), приходящейся на область максимальной спектральной эффективности фотосинтеза. Это существенно ограничивает возможности использования стекла в качестве активного элемента суперлюминесцентного излучателя для указанной области. Известно полученное золь-гель методом высококремнеземистое стекло следующего состава (мас. ) 96,9 2, 1,6 23, 1,5 23, остаточное содержание групп - 3,5 сверх 100 мас.(Демская Э.Л., Пивоваров С.С. Люминесценция высококремнеземистых золей, гелей и гель-стекол, активированных самарием, Физика и химия стекла, 1990, том 16,4, с. 605-612). Основным недостатком является низкий квантовый выход люминесценции ионов 3 из-за высокой концентрации групп. Наиболее близким к заявляемому стеклу является люминесцирующее гельное кварцевое стекло следующего состава (мас. ) (98,99-99,499) 2, (0,05-1,0) 23, (0,0010,010) - ( 5391). Основным недостатком прототипа является быстрое снижение квантового выхода люминесценции ионов 3 с увеличением их концентрации из-за сегрегации активатора. Задачей предлагаемого изобретения является создание -содержащего стекла со слабым концентрационным тушением люминесценции, что позволит увеличить концентрацию функционирующего по четырехуровневой схеме активатора и соответственно энергию излучения, снимаемую с единицы объема такого стекла, при его использовании в качестве активных элементов лазеров и суперлюминесцентных излучателей. Для выполнения поставленной задачи люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее 2, 23 и -, дополнительно включает оксиды алюминия 23 и рубидия 2 при следующем соотношении (мас. ) 2 - (94,6-98,8), 23 - (0,5-2,2), - - (0,1-0,3),23 - (0,5-2,2), 2 - (0,1-0,8). Уменьшение концентрации 23 ниже заявляемой нецелесообразно из-за малого значения коэффициента поглощения ионов 3 в области накачки, а увеличение концентрации 23 более заявляемой ведет к появлению светорассеивания. Для предотвращения сегрегации ионов 3 концентрация 23 должна находиться на уровне концентрации 23 либо превышать ее. Введение 2 способствует повышению оптического качества стекла и снижению его температуры синтеза. Повышение концентрации групп более 0,3 мас.приводит к заметному уменьшению квантового выхода люминесценции, а снижение этой концентрации менее 0,1 мас.слабо влияет на этот параметр, но требует применения специальных мер по дегидроксилизации стекла. Заявляемое стекло получали прямым золь-гель способом, включающим следующие этапы гидролиз тетраэтилортосиликата (25)4 в водно-спиртовой среде в присутствии соляной кислоты , используемой в качестве катализатора, до получения золя введение в золь растворов солей легирующих элементов диспергирование в золе с помощью ультразвукового гомогенизатора аэросила, который используется как наполнитель для уменьшения растрескивания ксерогелей очистку полученного золь-коллоида от примесей и грита способом центробежной сепарации нейтрализацию среды водным раствором аммиака литье жидкого шликера в форму гелеобразование сушку в термошкафу термообработку спекание ксерогеля в форвакууме до состояния прозрачного стекла при 1200 С. 2 17210 1 2013.06.30 Составы заявляемого стекла, квантовый выход люминесценции люм и пиковое значение линейного коэффициента поглощенияв полосе при 402 нм приведены в таблице. Концентрация оксидов дана по синтезу, а групп определена по пиковой интенсивности поглощения на длине волны их основных валентных колебаний (2720 нм) с помощью известного соотношения 0,01 (мас. ) квантовый выход люминесценции определялся как отношение интегральной длительности затухания люминесценции в переходе 45/269/2 (650 нм) к радиационной. При определении интегральной длительности возбуждение осуществлялось излучением 2-й гармоники моноимпульсного лазера на сапфире с титаном (длительность импульса 10 нс) радиационная длительность затухания определялась как постоянная дальней стадии распада состояния 45/2 ( 2450 мкс) для образца с минимальной концентрацией 23 и - (образец 1). В этой же таблице приведены и соответствующие характеристики прототипа. На фиг. 1 изображен спектр светоослабления образца 3 в области рабочих полос поглощения. На фиг. 2 изображен квантовый спектр люминесценции образца 3 он слабо зависит от концентрации ингредиентов, а доля квантов люминесценции, приходящихся на спектральную полосу при 650 нм, составляет 40 . Стекло 1 2 3 4 Прототип Таким образом, видно, что заявляемое стекло характеризуется высоким квантовым выходом люминесценции, значительной долей квантов, излучаемых в области максимальной спектральной эффективности фотосинтеза, а величина его линейного коэффициента поглощения в области 402 нм достаточна для эффективной накачки в продольном варианте. По сравнению с прототипом оно позволяет достигать в 2,2 раза большую концентрацию активатора и в 1,4-1,7 раза больший квантовый выход люминесценции. Это обеспечивает заявляемому стеклу существенные преимущества при использовании в качестве функционирующих по четырехуровневой схеме активных элементов лазеров и суперлюминесцентных излучателей. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3