Люминесцирующее стекло

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева(72) Авторы Малашкевич Георгий ЕфимовичМалашкевич Андрей ГеоргиевичСигаев Владимир НиколаевичГолубев Никита ВладиславовичМамаджанова Евгения ХусейновнаСаркисов Павел Джибраелович(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский химико-технологический университет имени Д.И.Менделеева(57) Люминесцирующее стекло, содержащее 23 и 23, отличающееся тем, что дополнительно содержит 23 и 23 или 23 при следующем соотношении компонентов,мол.23 65,0-73,0 23 15,0-20,0 23 или 23 8,0-15,0 23 0,1-4,0. Изобретение относится к оптическим материалам, в частности к составам оптических стекол, которые могут использоваться в качестве активных сред лазеров (в том числе волоконных), генерирующих в оранжево-красной области спектра. Известно люминесцирующее гельное кварцевое стекло состава, мас.(0,05-1,0) 23,(0,001-0,010) -, остальное - 2 патент РБ 5391 с приоритетом от 1997.08.19,МПК 03 3/06, 4/12. Данное стекло имеет низкий квантовый выход люминесценции ( 10 при 1 мас.2 3 ) и малый коэффициент ветвления люминесценции ( 20 ) для перехода 5 5/267/2 (600 нм) ионов 3, что затрудняет получение генерации на этом переходе, а также малую эффективную ширину (примерно 7 нм) наиболее интенсивной полосы 14839 1 2011.10.30 5/269/2 (650 нм), ограничивающую область перестройки длины волны генерируемого излучения. Известно светотехническое стекло 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) ВаО, (0,01-0,6) 23, (0,01-0,6) 23 патент РФ 2145582 1,МПК 03 3/095, дата публикации 20.02.2000. Стекло имеет низкую интенсивность люминесценции ионов 3 из-за малой концентрации последних и наличия таких тушителей их люминесценции, как ионы европия и железа. Известно люминесцирующее гельное кварцевое стекло состава, мас.(96,00099,299) 2, (0,2-2,0) 23, (0,001-0,010) -, (0,5-2,0) 2 патент РБ 9281 с приоритетом от 2004.11.19, МПК 03 3/06, 4/12. Недостатками данного стекла являются малый коэффициент ветвления люминесценции ( 20 ) для перехода 55/267/2 (600 нм) ионов 3, что затрудняет получение генерации на этом переходе, и малая эффективная ширина (7 нм ) наиболее интенсивной полосы 55/269/2 (650 нм), ограничивающая область перестройки длины волны генерируемого излучения. Наиболее близким к заявляемому люминесцирующему стеклу по технической сущности является стекло состава, мас.(37,67-40,17) 2 (34,08-34,59) 23 (16,14-17,14) 23(9,11-10,6) 2 47 в количестве 10 сверх 100 и- 50 от содержания оксида тербия патент 2297987 1, опубликован 27.04.2007, МПК 03 3/064,03 4/12. Недостатком прототипа является низкая интенсивность люминесценции в оранжевокрасной области спектра из-за невысоких коэффициентов ветвления люминесценции в переходах 5373 ( 15 ) и 5372 ( 10 ) 71 ионов 3, лежащих соответственно при 585 и 620 нм. Это является одной из причин, не позволяющих использовать его для получения оптической генерации в указанной области. Кроме того, прототип характеризуется очень слабым поглощением в спектральной области 385-500 нм - пиковое значение линейного коэффициента поглощения, обусловленного переходами ионов 3,почти на два порядка меньше значения одноименного параметра для стекол с идентичной концентрацией ионов 3, что не позволяет эффективно возбуждать люминесценцию прототипа излучением светодиодов. Задачей предлагаемого изобретения является создание люминесцирующего стекла,пригодного для накачки светодиодами и характеризующегося широкими полосами люминесценции в оранжево-красной области спектра и высокими значениями квантового выхода люминесценции и коэффициента ее ветвления для данных полос. Это позволит использовать такое люминесцирующее стекло в качестве активного материала для миниатюрных лазеров, генерирующих в оранжево-красной области спектра. Для решения поставленной задачи люминесцирующее стекло, содержащее 23 и 23, дополнительно содержит 23 и 23 или 23 при следующем соотношении компонентов, мол.(65,0-73,0) 23, (15,0-20,0) 23, (8,0-15,0) 23 или 23, (0,1-4,0) 23. Исходные материалы смешивали в требуемом соотношении, а полученную шихту плавили на воздухе в платиновом тигле в течение 1 часа. Выработку осуществляли путем отлива в металлические формы. При отжиге вплоть до температуры Т 900 С кристаллизации не наблюдалось. Уменьшение концентрации 23 ниже заявляемой нецелесообразно из-за снижения интенсивности люминесценции и отсутствия повышения ее квантового выхода. Увеличение концентрации 23 сверх заявляемой нецелесообразно из-за значительного снижения квантового выхода люминесценции. Изменение концентрации остальных ингредиентов в заявляемых пределах слабо влияет на спектр и квантовый выход люминесценции заявляе 5 14839 1 2011.10.30 мого люминесцирующего стекла. Вместо 23 заявляемое люминесцирующее стекло может содержать 23, что практически не отражается на его спектрально-люминесцентных свойствах. Составы заявляемого люминесцирующего стекла и значения средней длительности затуханияи квантового выхода люминесценцииионов 3, а также коэффициенты ветвления люминесценции 1 и 2 для спектральных полос 55/2 67/2 (603 нм) и 5 5/26 Н 9/2 (650 нм) этих ионов и эффективные ширины таких полос 1 и 2 сведены в таблицу. Приведенные спектрально-люминесцентные характеристики определялись по кинетике затухания и спектрам люминесценции с использованием следующих известных формул 1 ,/ д ,/,( ) /,где- интенсивность люминесценции, д - постоянная дальней экспоненты, определенная при низкой (1 мол. ) концентрации 23,- площадь под -й полосой в квантовом спектре люминесценции.образца 1 2 3 На фиг. 1 и 2 изображены соответственно спектры светоослабления и квантовые спектры люминесценции (длина волны возбуждения 402 нм) заявляемого люминесцирующего стекла для образца 2. Видно, что заявляемое люминесцирующее стекло характеризуется достаточно высоким квантовым выходом люминесценции при концентрациях 23 менее или равных 4 мол. ,относительно высокими коэффициентами ветвления люминесценции в потенциальных лазерных переходах 55/267/2 и 55/269/2 и значительными эффективными ширинами полос. Люминесценция такого люминесцирующего стекла может эффективно возбуждаться в спектральных полосах при 402 и 470 нм, при этом оптимальная длина активного лазерного элемента в зависимости от концентрации 23 и длины волны излучения накачки составит от долей до десятков сантиметров. Поскольку при этих длинах волн излучают достаточно мощные светодиоды синего и фиолетового излучения, это позволит создавать относительно миниатюрные источники оранжево-красного излучения. Таким образом, заявляемое люминесцирующее стекло существенно превосходит прототип и аналоги по величине коэффициента ветвления люминесценции в оранжевокрасной области спектра, характеризуется относительно слабоэффективным концентрационным тушением люминесценции и значительным линейным коэффициентом поглощения излучения накачки в абсорбционных полосах активатора при 402 и 470 нм. Кроме того, эффективная ширина рабочих полос заявляемого люминесцирующего стекла, по крайней мере, не уступает одноименной характеристике полос прототипа, составляющей 15 нм для полосы при 585 нм и 12 нм для полосы при 620 нм. Это обеспечивает заявляемому люминесцирующему стеклу преимущество в качестве активного элемента при создании лазерных преобразователей синего и фиолетового излучения в оранжевокрасную область спектра. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4