Люминесцирующее кварцевое стекло

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Малашкевич Георгий Ефимович Семкова Галина Ивановна Мудрый Александр Викторович Гайшун Владимир Евгеньевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси(57) Люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее 2 и 23, отличающееся тем,что дополнительно содержит 23 при следующем соотношении компонентов, мас.2 95,0-99,8 23 0,1-2,0 23 0,1-3,0,причем атомарное отношение / составляет не менее 1. 6615 1 Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к -содержащему кварцевому стеклу, полученному по золь-гель процессу, которое может использоваться в качестве активного материала объемных и волоконных лазеров и усилителей инфракрасного диапазона. Известно люминесцирующее кварцевое стекло, полученное по золь-гель процессу,следующего состава, мас.2 98,0 А 2 О 3 1,5 2 О 3 0,5 ( . ,..- , 1992. . 151. - . 183-194). Основным недостатком известного стекла является слабая эффективность возбуждения люминесценции в спектральной области короче 400 нм (менее 10 от суммы квантов, поглощаемых ионами 3). Это приводит к низкому коэффициенту полезного действия лазеров с активными элементами из этого стекла и широкополосными источниками накачки. Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является люминесцирующее гельное кварцевое стекло (заявку РБ 970597, МПК С 03 С 3/06, 1997) следующего состава, мас.23 0,05-0,5 А 2 О 3 0,02-0,5 ОН- 0,001-0,003, 2 - остальное. Прототип имеет следующие недостатки слабую (7 от суммы квантов, поглощаемых ионами 3) эффективность возбуждения инфракрасной люминесценции в спектральной области 400 нм сравнительно большую (59 нм) эффективную полуширину полосы 43/2411/2 ионов ионами 3 (1,07 мкм). Указанные недостатки снижают коэффициент полезного действия лазеров с широкополосной накачкой, использующих активные элементы из такого кварцевого стекла (прототипа). Задачей предполагаемого изобретения является создание стекла с высокой эффективностью ультрафиолетового возбуждения инфракрасной люминесценции и малой эффективной полушириной спектральной полосы 43/2411/2 ионов 3. Использование такого стекла в качестве активного элемента лазеров с широкополосной накачкой позволит увеличить их коэффициент полезного действия. Для решения поставленной задачи люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее 2 и 23, дополнительно содержит Се 2 О 3 при следующем соотношении компонентов,мас.2 95,0-99,8 23 0,1-2,0 Се 2 О 3 0,1-3,0. Причем атомарное отношение / составляет не менее 1. Стекло получали прямым золь-гель методом, включающим следующие этапы гидролиз тетраэтилортосиликата (25)4 в водно-спиртовой среде в присутствии соляной кислоты НС, используемой в качестве катализатора, при мольном соотношении компонент 225(25)40,01154,60,43 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 при температуре Т 60 С термообработку и обезвоживание пропитку ксерогеля кислым раствором соединений неодима и церия спекание ксерогеля до состояния прозрачного стекла в кислороде либо на воздухе при Т 1250 С отжиг стекла в водороде при Т 900 С до полного восстановления ионов Се 4 до трехзарядного состояния. Проведение заключительного отжига стекла в водороде необходимо для преобразования сложных Се 4-3-центров в восстановленные (Се 4)3-центры, которые и обеспечивают требуемый технический результат (высокую эффективность ультрафиолетового возбуждения инфракрасной люминесценции и малую эффективную полуширину спектральной полосы 43/2411/2 ионов 3). Использование вместо двух последних этапов 2 6615 1 спекания ксерогеля в водороде не позволяет сформироваться (Се 4)3-центрам и ведет к отсутствию положительного эффекта. Уменьшение концентрации 2 О 3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за слабого поглощения ионов 3 и трудности реализации превышения коэффициента усиления над коэффициентом потерь. Увеличение концентрации 2 О 3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за тушения люминесценции ионов 3 по кроссрелаксационному механизму. Уменьшение атомарного отношения / ниже заявляемого не позволяет получить долю(Се 4)3-центров, достаточную для обеспечения положительного эффекта. Увеличение концентрации С 23 выше заявляемой ведет главным образом к повышению доли (Се 4)-Се 3-центров, которые экранируют поглощение (4)3-центров, что ведет к ослаблению положительного эффекта. Составы заявляемого стекла, отношениепарциальной интенсивности полос при 400 нм в квантовом спектре возбуждения люминесценции, регистрируемой при 1,06 мкм, к интегральной интенсивности этого спектра (данный параметр характеризует эффективность ультрафиолетового возбуждения люминесценции) и эффективная полуширинаполосы 43/2411/2 ионов 3, измеренная как отношение площади под ее контуром к пиковой интенсивности, представлены в таблице. Состав, мас.образца(43/2411/2), нм 2 23 Се 23 1 99,8 0,1 0,1 20 42 2 96,6 1,1 2,3 60 32 3 95,0 2,0 3,0 60 35 На фигурах 1 и 2 изображены для образца 2 соответственно квантовые спектры люминесценции (возбуждение при 380 нм) и возбуждения люминесценции (регистрация при 1,06 мкм). Таким образом, заявляемое люминесцирующее кварцевое стекло характеризуется высокой эффективностью ультрафиолетового возбуждения инфракрасной люминесценции(в 3-9 раз больше, чем для прототипа) и малой эффективной полушириной полосы люминесценции 43/2411/2 ионов 3 (в 1,4-1,8 раза уже, чем для прототипа). Эти преимущества, при использовании заявляемого стекла в качестве активного элемента лазера с широкополосной (ламповой) накачкой, обеспечат последнему более высокий коэффициент полезного действия, т.к. по величине коэффициента ветвления люминесценции для перехода 43/2411/2 ионов 3 заявляемое стекло уступает прототипу не более 10 . Заявляемое стекло может также использоваться в качестве активной среды волоконных лазеров, усилителей и преобразователей для области при 1,06 мкм, накачиваемых как широкополосными источниками, так и полупроводниковыми лазерами либо светодиодами. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.