close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6615

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6615
(13) C1
(19)
7
(51) C 03C 3/06, 4/12
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩЕЕ КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО
(21) Номер заявки: a 20010247
(22) 2001.03.15
(46) 2004.12.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Малашкевич Георгий Ефимович; Семкова Галина Ивановна; Мудрый Александр Викторович; Гайшун
Владимир Евгеньевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(57)
Люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее SiO2 и Nd2O3, отличающееся тем,
что дополнительно содержит Ce2O3 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
SiO2
95,0-99,8
Nd2O3
0,1-2,0
Ce2O3
0,1-3,0,
причем атомарное отношение Ce/Nd составляет не менее 1.
BY 6615 C1
(56)
BY 970597, 1998.
BY 960288, 1997.
BY 960295, 1997.
SU 709573, 1980.
JP 03199132 A, 1991.
EP 0466932 A1, 1992.
JP 01183441 A, 1989.
EP 0265983 A1, 1988.
JP 05270856 A, 1993.
Фиг. 1
BY 6615 C1
Изобретение относится к легированным стеклам, в частности к Nd-содержащему кварцевому стеклу, полученному по золь-гель процессу, которое может использоваться в качестве активного материала объемных и волоконных лазеров и усилителей инфракрасного
диапазона.
Известно люминесцирующее кварцевое стекло, полученное по золь-гель процессу,
следующего состава, мас. %: SiO2 98,0; Аl2О3 1,5; Nd2О3 0,5 (Ian M. Thomas, Stephen A.
Payne, Gary D. Wilke. Optical properties and laser demonstration of Nd-doped sol-gel silica
glasses. Journal of Non-Crystalline Solids, 1992. Vol. 151. - P. 183-194). Основным недостатком известного стекла является слабая эффективность возбуждения люминесценции в
спектральной области короче 400 нм (менее 10 % от суммы квантов, поглощаемых ионами
Nd3+). Это приводит к низкому коэффициенту полезного действия лазеров с активными
элементами из этого стекла и широкополосными источниками накачки.
Наиболее близким к заявляемому стеклу по технической сущности является люминесцирующее гельное кварцевое стекло (заявку РБ 970597, МПК С 03С 3/06, 1997) следующего состава, мас. %: Nd2O3 0,05-0,5; Аl2О3 0,02-0,5; ОН- 0,001-0,003, SiO2 - остальное.
Прототип имеет следующие недостатки:
слабую (~7 % от суммы квантов, поглощаемых ионами Nd3+) эффективность возбуждения инфракрасной люминесценции в спектральной области ≤ 400 нм;
сравнительно большую (~59 нм) эффективную полуширину полосы 4F3/2→4I11/2 ионов
ионами Nd3+ (λ ~ 1,07 мкм).
Указанные недостатки снижают коэффициент полезного действия лазеров с широкополосной накачкой, использующих активные элементы из такого кварцевого стекла (прототипа).
Задачей предполагаемого изобретения является создание стекла с высокой эффективностью ультрафиолетового возбуждения инфракрасной люминесценции и малой эффективной полушириной спектральной полосы 4F3/2→4I11/2 ионов Nd3+. Использование такого
стекла в качестве активного элемента лазеров с широкополосной накачкой позволит увеличить их коэффициент полезного действия.
Для решения поставленной задачи люминесцирующее кварцевое стекло, содержащее
SiO2 и Nd2O3, дополнительно содержит Се2О3 при следующем соотношении компонентов,
мас. %: SiO2 95,0-99,8; Nd2O3 0,1-2,0; Се2О3 0,1-3,0. Причем атомарное отношение Ce/Nd
составляет не менее 1.
Стекло получали прямым золь-гель методом, включающим следующие этапы:
гидролиз тетраэтилортосиликата Si(OC2H5)4 в водно-спиртовой среде в присутствии
соляной кислоты НСl, используемой в качестве катализатора, при мольном соотношении
компонент HCl:H2O:C2H5OH:Si(OC2H5)4 = 0,01:15:4,6:0,43 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;
нейтрализацию среды водным раствором аммиака;
сушку в термошкафу при температуре Т ≈ 60 °С;
термообработку и обезвоживание;
пропитку ксерогеля кислым раствором соединений неодима и церия;
спекание ксерогеля до состояния прозрачного стекла в кислороде либо на воздухе при
Т ≈ 1250 °С;
отжиг стекла в водороде при Т ≈ 900 °С до полного восстановления ионов Се4+до
трехзарядного состояния.
Проведение заключительного отжига стекла в водороде необходимо для преобразования сложных Се4+-Nd3+-центров в восстановленные (Се4+)--Nd3+-центры, которые и обеспечивают требуемый технический результат (высокую эффективность ультрафиолетового
возбуждения инфракрасной люминесценции и малую эффективную полуширину спектральной полосы 4F3/2→4I11/2 ионов Nd3+). Использование вместо двух последних этапов
2
BY 6615 C1
спекания ксерогеля в водороде не позволяет сформироваться (Се4+)--Nd3+-центрам и ведет
к отсутствию положительного эффекта.
Уменьшение концентрации Nd2О3 ниже заявляемой нецелесообразно из-за слабого поглощения ионов Nd3+ и трудности реализации превышения коэффициента усиления над
коэффициентом потерь. Увеличение концентрации Nd2О3 сверх заявляемой нецелесообразно из-за тушения люминесценции ионов Nd3+ по кроссрелаксационному механизму.
Уменьшение атомарного отношения Ce/Nd ниже заявляемого не позволяет получить долю
(Се4+)--Nd3+-центров, достаточную для обеспечения положительного эффекта. Увеличение
концентрации Сe2O3 выше заявляемой ведет главным образом к повышению доли (Се4+)-Се3+-центров, которые экранируют поглощение (Ce4+)--Nd3+-центров, что ведет к ослаблению положительного эффекта.
Составы заявляемого стекла, отношение γ парциальной интенсивности полос при
λ ≤ 400 нм в "квантовом" спектре возбуждения люминесценции, регистрируемой при
λ = 1,06 мкм, к интегральной интенсивности этого спектра (данный параметр характеризует эффективность ультрафиолетового возбуждения люминесценции) и эффективная полуширина ∆λ полосы 4F3/2→4I11/2 ионов Nd3+, измеренная как отношение площади под ее
контуром к пиковой интенсивности, представлены в таблице.
Состав, мас. %
№ образца
γ, %
∆λ(4F3/2→4I11/2), нм
SiO2
Nd2O3
Се2O3
1
99,8
0,1
0,1
>20
42
2
96,6
1,1
2,3
>60
32
3
95,0
2,0
3,0
>60
35
На фигурах 1 и 2 изображены для образца 2 соответственно квантовые спектры люминесценции (возбуждение при λ = 380 нм) и возбуждения люминесценции (регистрация
при λ = 1,06 мкм).
Таким образом, заявляемое люминесцирующее кварцевое стекло характеризуется высокой эффективностью ультрафиолетового возбуждения инфракрасной люминесценции
(в 3-9 раз больше, чем для прототипа) и малой эффективной полушириной полосы люминесценции 4F3/2→4I11/2 ионов Nd3+ (в 1,4-1,8 раза уже, чем для прототипа). Эти преимущества, при использовании заявляемого стекла в качестве активного элемента лазера с широкополосной (ламповой) накачкой, обеспечат последнему более высокий коэффициент
полезного действия, т.к. по величине коэффициента ветвления люминесценции для перехода 4F3/2→4I11/2 ионов Nd3+ заявляемое стекло уступает прототипу не более 10 %. Заявляемое стекло может также использоваться в качестве активной среды волоконных лазеров, усилителей и преобразователей для области при λ~1,06 мкм, накачиваемых как широкополосными источниками, так и полупроводниковыми лазерами либо светодиодами.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
180 Кб
Теги
патент, by6615
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа