Люминесцирующее гельное кварцевое стекло

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩЕЕ ГЕЛЬНОЕ КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Гайшун Владимир Евгеньевич Малашкевич Георгий Ефимович Мельниченко Игорь Михайлович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) Люминесцирующее гельное кварцевое стекло, содержащее 2, 23, 23, -,отличающееся тем, что его компоненты взяты при следующем соотношении, мас.0,05-0,50 23 23 0,02-0,50 0,001-0,003 2 остальное. 5392 1 Изобретение относится к составам модифицированного кварцевого стекла, а конкретно, к люминесцирующему гельному кварцевому стеклу и может быть использовано в качестве активной среды волоконных лазеров и усилителей (ИК) диапазона. Известно люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее диоксид кремния (2),оксид неодима (23) и ионы гидроксила (ОНгруппы) 1. Известное стекло характеризуется малым количеством ОН- групп (0,0002 по массе) и высокой концентрацией 23 (1 по массе). Оно пригодно для изготовления оптического волокна. Однако высокая концентрация 23 приводит к существенному уменьшению квантового выхода люминесценциии вследствие ее концентрационного тушения (10 ). Наиболее близким к заявляемому является люминесцирующее гельное кварцевое стекло, содержащее (мас. ) 2 - 97,85 123 - 1,5 23 - 0,5 ОН- - 0,15 2. В известное стекло для уменьшения концентрационного тушения люминесценции введен А 2 О 3 (оксид алюминия). Введение А 2 О 3 и 23 в указанных концентрациях приводит к большим светопотерям вследствие светорассеяния на центрах кристаллизации. Наличие высокой концентрации ионов гидроксила, обусловленное технологией получения стекла,также существенно уменьшает квантовый выход люминесценции в результате размена энергии электронного возбуждения ионов 3 на колебания ОНгрупп. Кроме того, ведет к потерям ИК-излучения. Указанные недостатки ограничивают возможности использования прототипа для получения из него оптического волокна. Согласно изобретению, предлагается люминесцирующее гельное кварцевое стекло,обеспечивающее преобразование видимого излучения в инфракрасное, обладающее высоким светопропусканием в видимой и инфракрасной областях спектра и имеющее основной пик люминесценции в видимой и инфракрасной областях спектра и имеющее основной пик люминесценции в диапазоне 1060 нм. Технический результат изобретения заключается в повышении квантового выхода люминесценции. Достижение указанного технического результата обеспечивается тем,что в люминесцирующем гельном кварцевом стекле, содержащем 2, 23, 23 и группы, компоненты стекла взяты при следующем соотношении, мас.А 23 0,020,50 23 0,050,50 ОН 0,0010,003 2 до 100. Согласно изобретению, получено люминесцирующее гельное кварцевое стекло преобразующее видимое излучение в излучение ИК-диапазона с высоким квантовым выходом люминесценции. Как известно, содержание гидроксильных групп существенно влияет на свойства гельных кварцевых стекол. Большое количество ОНгрупп в стекле приводит к его вспениванию, ухудшению оптических свойств, что не позволяет использовать гельное кварцевое стекло для получения изделий методом плавления. Согласно заявляемому изобретению, полученное гельное кварцевое стекло может быть использовано для получения оптического волокна, так как имеет малое количество ОНгрупп. Увеличение содержания ОНгрупп более верхнего предела приводит к вспениванию стекла при вытягивании волокна (при термообработке около 1700 С), а также уменьшает квантовый выход люминесценции в результате размена энергии электронного возбуждения ионов 3 на колебания этих групп. Уменьшение содержания ОНгрупп менее нижнего предела, во-первых, требует специальных методов обезвоживания стекла, что экономически не всегда целесообразно, во-вторых, не приводит к улучшению параметров стекла. Увеличение содержания 23 более верхнего предела приводит к сильному концентрационному тушению люминесценции и, как следствие, к ее низкому квантовому выходу. Уменьшение содержания 23 менее нижнего предела снижает интенсивность люминесценции и не позволяет реализовать превышение коэффициента усиления над коэффициентом потерь. Увеличение содержания А 2 О 3 более верхнего предела значительно повышает 2 5392 1 КЛТР стекла, а его уменьшение ниже нижнего предела ведет к усилению сегрегации активатора и уменьшению квантового выхода люминесценции. Легированное неодимовом кварцевое гель-стекло с пониженным содержанием ОН-групп получают по золь-гель процессу, включающему следующие этапы гидролиз тетраэтилортосиликата (ТЭОСа) в водно-спиртовой среде в присутствии соляной кислоты(НС) при следующем мольном соотношении компонент НСН 2 ОС 2 Н 5 ОНТЭОС 0,01154,60,43 до получения золя диспергирование в золе аэросила марки Т-30 (фирмы., ФРГ) на ультразвуковой установке УЗО-44-М 1 очистку полученного зольколлоида от примесей и грита методом центробежной сепарации при скорости вращения центрифуги 3000 об/мин в течение 60 мин нейтрализацию среды водным раствором 3 литье жидкого шликера в формы из гидрофобного материала гелеобразование сушку в стационарных условиях при температуре 60 С. Высушенные гели далее прокаливались во фторсодержащей атмосфере, затем пропитывались растворами солей неодима и алюминия, окончательная термообработка проводилась в гелии до температуры 1300 С в течение 1 ч. Для получения стекол с различными концентрациями легирующих элементов использовали пропиточные растворы следующих концентраций 0,1 мас.23 и 0,04 мас.А 2 О 3 0,3 мас.23 и 0,2 мас.А 2 О 3 1 мас.23 и 1 мас.А 2 О 3. Составы и свойства стекол приведены в таблице. Составы и свойства гельных кварцевых стекол, легированных 2 О 3 и А 2 О 3.п/п 1 2 3 4 Определение квантового выхода люминесценции производилось путем сравнения интегральных интенсивностей под корректированными с учетом спектральной чувствительности аппаратуры спектрами люминесценции заявляемого стекла и эталона с учетом доли поглощенного в образцах излучения и их показателей преломления. Возбуждение осуществлялось на просвет при 580 нм. В качестве эталона использовалось стекло ГЛС-22,квантовый выход которого определялся абсолютным методом. Спектры люминесценции регистрировались на спектрофлуориметре СДЛ-2. Содержание ионов гидроксила определялось по формуле Сон 0,01 онмас. ,где он - натуральный показатель поглощения в области основного колебания ионов гидроксила 2720 нм. Кинетика люминесценции исследовалась с помощью цифрового запоминающего осциллографа СД-8 при возбуждении второй гармоникой неодимового лазера (им 20 нс). Длительность затухания люминесценции заявляемых стекол находится в интервале 280440 мкс. На фиг. 1 изображен спектр поглощения кварцевого стекла состава 23 - 0,5 мас. ,А 2 О 3 - 0,5 мас. , ОН- - 0,003 мас. , 2 - 98,997 мас. , а на фиг. 2 спектр люминесценции стекла указанного состава при длине волны возбуждения 580 нм. Из заявляемого стекла было вытянуто оптическое волокно при температуре около 1700 С. Волокно не имело неоднородностей и пузырей, а также обладало высокими оптическими свойствами. 3 5392 1 Таким образом, заявляемое люминесцирующее кварцевое стекло может быть использовано в волоконных лазерах и усилителях ИК-диапазона. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.