Люминесцирующее стекло

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиУчреждение Российской академии наук Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН(72) Авторы Малашкевич Георгий ЕфимовичКовгар Виктория ВикторовнаХодасевич Инна АндреевнаПестряков Ефим Викторович(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиУчреждение Российской академии наук Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН(57) Люминесцирующее стекло, содержащее 2, 23, 23 и 2, отличающееся тем, что содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.2 85,8-92,7 23 4,9-9,8 23 0,8-2,4 2 1,6-2,4. Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к полученному по зольгель процессу стеклу, легированному иттербием и эрбием, которое может использоваться в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с длиной волны 0,89-0,99 мкм,активной среды усилителей и лазерных преобразователей, функционирующих в полосе антистоксовой люминесценции, а также для визуального контроля мощности лазерного ИК-излучения. Известно иттербий-фосфатное стекло 1, которое включает до 30 мол.23 и может содержать также один или более других лазерных ионов. Недостатком стекла являются малая эффективность антистоксовой люминесценции и присущие фосфатным стеклам низкие эксплуатационные параметры. Это не позволяет использовать стекло в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с 0,89-0,99 мкм и активной среды-конверсионных лазерных преобразователей. Известно люминесцирующее гельное кварцевое стекло 2 следующего состава,мас.0,01-0,03 23 0,0010-0,0025 - 2 - остальное. Недостатком является невоз 17218 1 2013.06.30 можность его использования в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с 0,89-0,99 мкм и активной среды -конверсионных лазерных преобразователей. Известно силикатное стекло для -конверсионной флуоресценции 3, включающее 2, 23, 2 О 3, 2 О 3, которое дополнительно может содержать 2 и 2 О 3. Основным недостатком является невозможность визуализации ИК-излучения с 0,89-0,96 мкм. Известно люминесцирующее гельное кварцевое стекло 4, включающее (мас. ) 96,000-99,299 2, 0,2-2,0 23, 0,001-0,010 , 0,5-2,0 2. Недостатком является невозможность его использования в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с 0,89-0,99 мкм и активной среды -конверсионных лазерных преобразователей. Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является люминесцирующее кварцевое стекло 5, включающее (мас. ) 95,0-99,4 2, 0,5-4,0 2,0,1-1,0 23, причем атомарное отношение / составляет не менее 1. Недостатком прототипа является невозможность его использования в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с 0,89-0,99 мкм и активной среды конверсионных лазерных преобразователей с накачкой при указанных длинах волн. Задачей предлагаемого изобретения является создание стекла с высокой эффективностью антистоксовой люминесценции при возбуждении в спектральной области с 0,89-0,99 мкм и высоким сечением усиления в основной полосе антистоксовой люминесценции. Это позволит использовать его в качестве антистоксовых визуализаторов соответствующего ИК-излучения и активных элементов лазеров либо усилителей, функционирующих в полосе антистоксовой люминесценции. Для выполнения поставленной задачи предложено люминесцирующее стекло, содержащее двуокись кремния, дополнительно содержит окись иттербия 23, окись эрбия 23 и окись рубидия 2 при следующем соотношении (мас. ) 2 85,8-92,7 23 4,9-9,8 23 0,8-2,4 2 1,6-2,4. Введение 2 позволяет повысить в стекле концентрацию редкоземельных активаторов при сохранении его прозрачности и сформировать наночастицы твердого раствора в форме оксида (, )23, характеризующегося эффективной миграцией возбуждений между ионами 3 и 3. 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 диспергирование в золе с помощью ультразвуковой установки аэросила, которая 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 пропитку ксерогеля раствором легирующих соединений сушку в термошкафу термообработку спекание ксерогеля до состояния прозрачного стекла при 1150 С. Уменьшение концентрации 23 ниже заявляемой нецелесообразно из-за невысокого линейного коэффициента поглощения в абсорбционном переходе 27/225/2 ионов 3. Увеличение концентрации 23 сверх заявляемой нецелесообразно из-за снижения прозрачности стекла. Уменьшение концентрации 23 ниже заявляемой либо ее увеличение выше заявляемой нецелесообразно по причине значительного ослабления интенсивности антистоксовой люминесценции из-за реализации прямого и обратного переноса возбуж 2 17218 1 2013.06.30 дений между ионами 3 и 3. Уменьшение концентрации 2 ниже заявляемой нецелесообразно из-за снижения прозрачности стекла и повышения температуры его спекания, а увеличение выше заявляемой - также из-за снижения прозрачности стекла. Составы заявляемого стекла (по синтезу), пиковое значение линейного коэффициента поглощенияв максимуме полосы 27/225/2 ионов 3(978 нм), относительная интегральная интенсивность антистоксовой люминесценциив переходах 2 11 / 2 , 43/24 15/2 (510-570 нм) и 49/2415/2 (640-690 нм) при возбуждении излучением лазерного диода с 971 нм, сечения усиления 1 и 2 в максимумах полос люминесценции 2 11/2415/2 (522 нм) и 43/2415/2 (545 нм) ионов 3 приведены в таблице. Значения сечений усиления определялись с помощью известной формулы( ) /,где- степень вырождения соответствующего уровня,- объемная концентрация ионов 3,( ) /. В этой же таблице дана предельная относительная погрешность измерений . Сравнительно большое значение последней обусловлено неравномерностью распределения соактиваторов по сечению цилиндрических образцов. Таблица 2-1(см ) при Состав, мас.1,2 отн. ед.об-21 2978 нм 10 см разца 2 23 23 2151 89,4 5,8 2,4 2,4 2,46 0,74 9,4 1,9 2 85,8 9,8 1,6 2,8 3,88 1,0 9,3 1,9 3 92,7 4,9 0,8 1,6 2,75 0,6 9,5 1,9 На фиг. 1 изображен спектр светоослабления образца 1. На фиг. 2 приведены нормированные путем приведения в максимуме к единице спектры антистоксовой люминесценции образца 3, записанные при плотности мощности непрерывного лазерного возбуждения на 971 нм, равной 0,2 кВт/см 2 (кривая 1) и 2,2 кВт/см 2 (кривая 2). Видно, что заявляемое стекло характеризуется достаточно высокими значениямии, а его видимая антистоксовая люминесценция состоит из двух частично перекрывающихся полос в зеленой области спектра и одной полосы в красной области. Причем соотношение интенсивностей люминесценции в области 510-570 нм и области 640-690 нм при заданной концентрации соактиваторов определяется мощностью возбуждения. Данные свойства позволяют использовать заявляемое стекло в качестве антистоксовых визуализаторов ИК-излучения с 0,89-0,99 мкм, активных элементов лазеров либо усилителей,функционирующих в полосе антистоксовой люминесценции, а также для визуального контроля мощности лазерного излучения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4