Люминесцирующее кварцевое стекло

/ ОПИСАНИЕ РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ 09) у (ШЗ 9 5 о(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт молекулярной И атомной физики Национальной академии наук Беларуси Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(72) Авторы Малашкевич Георгий Ефимович Лапина Виктория Алексеевна Першукевич Петр Павлович (ВУ)(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт молекулярной И атомной физики Национальной академии наук Беларуси Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси (ВУ)Люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее 5102 И Сг 2 О 3, отличающееся тем,что дополнительно содержит наночастицы ультрадисперсного алмаза при следующем соотношении компонентов, мас.5102 98,30-99,89 Сг 2 О 3 0,01 -0,20 наночастицы ультрадисперсного алмаза 0, 1- 1,5.Изобретение относится К легированнь 1 м стеклам, в частности К кварцевому стеклу,полученному по золь-гель процессу, которое может использоваться в качестве активного элемента лазера, генерирующего при длине волны Ж 694 нм.Известно полученное золь-гель Методом кварцевое стекло (см. заявку РБ Не 262 А,МКИ С 03 С 3/06 от 22.04.1993, опубликованную в ОБ Не 4 (ч. 1), с. 92, 1995 г.) следующего состава, мас. 5102 98,28-99,64, Се 203 О,36-1,72.Известное стекло не обладает люминесценцией при Ж 694 нм и не может использоваться в качестве активного элемента лазера, генерирующего на этой длине волны.Известно полученное золь-гель методом кварцевое стекло (см. патент РБ Не 5960,МКИ С 03 С 3/06, 4/12 с приоритетом от 2000.07.21, опубликованный в ОБ Не 1, с. 133. 20 О 4.О 3.3 О) следующего состава, мас. 5102 96,0-98,8 А 1203 О,5-1,5 Еи 203 0,7-2,5, причем молярное отнощение А 1203/Е 11203 составляет не менее 1.Известное стекло не обладает люминесценцией при Ж 694 нм и не может использоваться в качестве активного элемента лазера, генерирующего на этой длине волны.Наиболее близким по технической сущности является полученное золь-гель методом люминесцирующее кварцевое стекло (см. Ш. 5 гге 1, Р. Вегеп, Е. Ь 111 ош 1 а 1 а е 1. 5 ресгго 5 сор 1 с 5 ш 11 е 5 оГ спгоппиш-бореб 5111 са 5 о 1-5 е 1 512155 е 5, 1. Ыоп-СгуЫаПше 5 о 1115 2001, уо 1. 288, рр. 56-65), активированное ионами хрома путем пропитки ксерогелей водным раствором соответствующей соли с концентрацией до 0,04 мол. .Недостатками прототипа являются малая доля квантов люминесценции при Ж 694 нм и существенное поглощение в этой области, обусловленное разнозаряднь 1 ми формами хрома (Сг 4, Сг 5), спектры поглощения которых сильно перекрываются. Это ведет к низкому квантовому выходу люминесценции и больщим неактивным потерям при указанной длине волны, что не позволяет использовать данное стекло в качестве активного материала лазера, генерирующего при Ж 694 нм.Задачей предлагаемого изобретения является создание кварцевого стекла с высокими долями ионов Сг 3 и испускаемых ими квантов люминесценции при Ж 694 нм. Это позволит использовать такое стекло в качестве активного элемента лазера, генерирующего на данной длине волны, и, возможно, заменить используемые для этой цели дорогостоящие кристаллы с Сгзд.Для рещения поставленной задачи люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее 5102 и Сг 203, дополнительно содержит наночастицы ультрадисперсного алмаза при следующем соотнощении компонентов, мас. 5102 98,30-99,89 Сг 203 0,О 1-0,2 О наночастиць 1 ультрадисперсного алмаза 0,1-1,5.Стекло получали прямым золь-гель методом. В качестве исходного сырья использовали тетраэтилортосиликат 51(0 С 2 Н 5)4, соляную кислоту НС 1 (как катализатор), аморфный тонкодисперсный кремнезем 5102 (как наполнитель для уменьщения растрескивания ксерогелей), соли трехзарядного хрома и наночастицы ультрадисперсного алмаза.Процесс синтеза включал гидролиз тетраэтилортосиликата в водном растворе кислоты при мольном соотнощении Н 2051(0 С 2 Н 5)4 НС 1, равном 1610,01, до получения золя, приготовление коллоида путем добавления в полученный золь тонкодисперсного кремнезема,а также наночастиц ультрадисперсного алмаза, активированного ионами Сгзд, нейтрализацию золь-коллоидной системы до рН 6,5-7 путем введения раствора аммиака, литье жидкого щликера в формы и выдерживание до образования геля. Полученные заготовки сущили в термощкафу при температуре 60 С. Спекание проводили на воздухе при 1250 С.Снижение концентрации хрома ниже заявляемой нецелесообразно, т.к. не позволяет получить превыщение коэффициента усиления над коэффициентом потерь в реальных образцах. Увеличение концентрации хрома выще заявляемой также нецелесообразно, поскольку ведет к образованию парных центров с потущенной люминесценцией.Составы заявляемого стекла И доля квантов люминесценции у, испускаемых в узкой 2 4 3 полосе при Ж 2 694 нм (переход Е А ионов Ст д), сведены в таблицу.На фигуре изображены корректированные (квантовые) спектры люминесценции (кривая 1) при возбуждении излучением с длиной волны Ж 550 нм и возбуждения люминесценции (кривая 2) при регистрации на длине волны Ж 694 нм для стекла 2.Как видно, заявляемое стекло характеризуется высокой долей квантов люминесценции, испускаемых в переходе 2 Е 4 А 2 ионов Сгзд, и отсутствием полос люминесценции,обусловленных оптическими центрами ионов хрома с иным зарядовым состоянием. Отмеченнь 1 е свойства заявляемого стекла дают возможность использовать его в качестве лазерного материала, генерирующего при Ж 694 нм. Невысокая стоимость такого стекла и низкий коэффициент линейного термического расширения ( 1 106 К 1) позволяют рассматривать его в качестве возможной альтернативы дорогостоящим кристаллам рубина.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.