Люминесцирующее кварцевое стекло

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Малашкевич Георгий Ефимович Семкова Галина Ивановна Подденежный Евгений Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее 2 и 2, отличающееся тем,что дополнительно содержит 23 при следующем соотношении компонентов, мас.2 95,0-99,4 2 0,5-4,0 23 0,1-1,0,причем атомарное отношение/составляет не менее 1. 11772 1 2009.04.30 Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к Но-содержащему кварцевому стеклу, полученному по золь-гель процессу, которое может использоваться в качестве активного материала лазеров и усилителей инфракрасного диапазона. В частности,для спектральных областей при 1,2 и 2,0 мкм, перспективных для волоконно-оптической связи. Известны стекла для оптического усилителя на электронных переходах 3 , Е 3 ,3 Т , Но 3 следующих составов, мол.1) (27-50) 23 (50-73) А 12 О 3 гдеодин или более элементов из группы, включающей , , , Се, , , , , , , , , ,и 2) 1 23, 59 123, 40 2 1 23, 71 123 и 28 2 23 23 и 77 123 50 23 и 50 123 50 23 и 50 2 33 23, 33.33 123 и 33.33 2 16.67 23, 50 123 и 33.33 2 3) 1 23, 59 123 и 40 2 1 23, 71 123 и 28 2 23 23 и 77 123 50 23 и 50 123 50 23 и 50 2 33.33 23, 33.33 123 и 33.33 2 16.67 23, 50 123 и 33.33 2 1. Недостатком известного стекла является низкая интенсивность люминесценции в полосе при 1,2 мкм. Указанный недостаток не позволяет получать значительное усиление либо генерацию в этой области спектра. Известно люминесцирующее кварцевое стекло 2 следующего состава, мас.(97,598,2) 2, (0,5-1,5) СеО 2 Се 2 О 3, (0,3-1,0) А 12 О 3, при этом атомарное отношение А 1/Се составляет не менее 1. Недостатком известного стекла является отсутствие люминесценции при 1,2 и 2,0 мкм. Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является люминесцирующее кварцевое стекло 3 следующего состава, мас.2 95,5-99,8 23 0,1-2,0 СеО 2 0,01-2,5, причем атомарное отношение / составляет не менее 1. Основными недостатками прототипа являются отсутствие полосы люминесценции в спектральной области при 1,2 мкм (эта область лишь частично перекрывается хвостами люминесцентных полос 3 с максимумами при 1,06 и 1,34 мкм) и очень слабая люминесценция при 2,0 мкм. Указанные недостатки при использовании такого кварцевого стекла (прототипа) в качестве активного элемента лазеров не позволяют получать генерацию либо усиление в спектральных областях при 1,2 и 2,0 мкм. Задачей предполагаемого изобретения является создание стекла с высокой эффективностью ультрафиолетового возбуждения инфракрасной люминесценции в спектральных областях при 1,2 и 2,0 мкм. Использование такого стекла в качестве активного элемента лазеров с широкополосной накачкой позволит увеличить их коэффициент полезного действия и получить генерацию либо усиление в указанных спектральных областях. Для решения поставленной задачи люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее 2 и 2, дополнительно содержит Но 2 О 3 при следующем соотношении компонентов,мас.2 95,0-99,4 Но 2 О 3 0,1-1,0 Се 2 0,5-4,0. Причем атомарное отношение Се/Но составляет не менее 1. Введение Се 2 приводит к образованию в стекле сложных Се-Но-центров, обеспечивающих необходимый технический результат - появление полос интенсивной инфракрасной люминесценции при 1,2 и 2,0 мкм, эффективно возбуждаемых в широкой ультрафиолетовой полосе. Стекло получали прямым золь-гель методом, включающим следующие этапы гидролиз тетраэтилортосиликата (25)4 в водно-спиртовой среде в присутствии соляной кислоты НС 1, 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 2 11772 1 2009.04.30 нейтрализацию среды водным раствором аммиака сушку в термошкафу термообработку и обезвоживание пропитку ксерогеля раствором соединений гольмия и церия спекание ксерогеля до состояния прозрачного стекла при Т 1250 С. Уменьшение концентрации 23 ниже заявляемой нецелесообразно из-за трудности реализации превышения коэффициента усиления над коэффициентом потерь. Увеличение концентрации Но 2 О 3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за уменьшения доли Се-Ноцентров, обеспечивающих необходимый технический результат. Уменьшение атомарного соотношения Се/Но ниже заявляемого не позволяет получить долю Се-Но-центров, достаточную для обеспечения положительного эффекта. Увеличение концентрации Се 2 выше заявляемой сопровождается нелинейным ростом доли Се-содержащих кластеров, поглощающих в видимой и ближней инфракрасной областях спектра и ведущих к уменьшению эффективности возбуждения люминесценции и увеличению тепловых потерь. Составы заявляемого стекла и относительная интегральная интенсивность люминесценциив полосах при 1,1-1,3 и 1,8-2,2 мкм для заявляемого стекла, прототипа и кварцевого гель-стекла, легированного Но 2 О 3 в концентрации 1,0 мас.при длине волны возбуждения 0,32 мкм, приведены в таблице. Состав, мас.образпри 1,1-1,3 мкм,при 1,8-2,2 мкм,ца 2 Но 2 О 3 СеО 2 отн. ед. отн. ед. 1 99,4 0,1 0,5 0,3 0,2 2 97,4 0,6 2,0 0,8 0,6 3 95,5 1,0 4,0 1,5 1,0 4 Прототип 96,6 2-, 23-2,3 2 0,12 0,01 5 Стекло 99,0 2-1,0 Но 2 О 3 0,3 0,01 На фиг. 1 и 2 изображены для образца 3 квантовые спектры люминесценции (возбуждение при 0,32 мкм) и возбуждения люминесценции (регистрация при 1,21 мкм),приведенные в максимуме к единице. Видно, что инфракрасная люминесценция заявляемого стекла представлена структурными полосами при 1,2 и 2,0 мкм, которые эффективно возбуждаются в широкой ультрафиолетовой полосе (спектр возбуждения люминесценции при регистрации на 1,93 мкм подобен изображенному на фиг. 2). Исходя из табличных данных, интенсивность инфракрасной люминесценции заявляемого стекла значительно превосходит прототип и Но-содержащее стекло. Таким образом, заявляемое люминесцирующее кварцевое стекло радикально отличается от прототипа и Но-содержащего стекла спектрами инфракрасной люминесценции и характеризуется высокой эффективностью ее ультрафиолетового возбуждения. Эти характеристики обеспечивают заявляемому стеклу существенные преимущества при использовании его в качестве активного элемента лазеров с широкополосной накачкой,генерирующих в спектральных областях при 1,2 и 2,0 мкм. Источники информации 1. Заявка на патент США 20050075233, МПК С 03 С 003/12 С 03 С 003/062, 2005. 2. Патент РБ 6341, МПК С 03 С 4/12, 3/06, 2001. 3. Патент РБ 6616, МПК С 03 С 3/06, 4/12, 2001. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4